- •Министерство образования российской
- •Содержание
- •От авторов
- •Молекулярная физика и термодинамика
- •11.1. Молекулярная физика и термодинамика. Основные положения и понятия. Динамические и статистические закономерности. Статистический и термодинамический методы исследования
- •11.2. Молекулярно-кинетическая теория
- •11.2.1. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов
- •11.2.2. Вывод основных газовых законов молекулярно кинетической теории
- •11.2.2.1. Закон Бойля-Мариотта
- •11.2.2.2. Закон Гей-Люссака
- •11.2.2.3. Закон Шарля
- •11.2.2.4. Объединенный газовый закон Мариотта - Гей-Люссака
- •11.2.2.5. Основное уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)
- •11.2.2.6. Закон Авогадро
- •11.2.2.7. Закон Дальтона
- •11.3. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры
- •11.4. Экспериментальное подтверждение молекулярно-кинетической теории газов (опыт Штерна)
- •12.1. Распределение энергии по степеням свободы
- •12.2. Вероятность и флюктуации. Распределение молекул (частиц) по абсолютным значениям скорости. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Средняя длина свободного пробега молекул
- •12.3. Распределение Больцмана. Барометрическая формула
- •12.4. Внутренняя энергия и теплоемкости идеального газа. Классическая теория теплоемкостей
- •Формулы кинетической энергии молекул газа в зависимости от числа степеней свободы
- •13.1. Первое начало термодинамики
- •13.1.1. Первое начало термодинамики в применении к изопроцессам в идеальных газах
- •13.1.1.1. Изотермический процесс
- •13.1.1.2. Изобарический процесс
- •13.1.1.3. Изохорический процесс
- •13.1.1.4. Адиабатический процесс
- •13.2. Обратимые, необратимые и круговые процессы (циклы)
- •13.3. Цикл Карно. Максимальный кпд тепловой машины
- •13.4. Энтропия системы и её свойства. Определение изменения энтропии системы, совершающей какой-либо изопроцесс
- •1. Изотермический.
- •2. Изобарический.
- •3. Изохорический.
- •4. Адиабатический.
- •13.5. Второе начало термодинамики. Термодинамические потенциалы
- •13.5.1. Второе начало термодинамики
- •13.5.2. Термодинамические потенциалы
- •13.6. Третье начало термодинамики. Применения термодинамики
- •14.1. Термодинамика неравновесных процессов
- •14.2. Закон сохранения массы в термодинамике неравновесных процессов
- •14.3. Закон сохранения импульса в термодинамике неравновесных процессов
- •14.4. Закон сохранения энергии в термодинамике неравновесных процессов
- •14.5. Уравнение баланса энтропии
- •15.1. Реальные газы. Молекулярные силы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и экспериментальны изотермы реальных газов
- •Критическая температура и температура кипения некоторых жидкостей
- •15.2. Внутренняя энергия реального газа
- •15.3. Эффект Джоуля - Томсона. Сжижение газов
- •15.4. Фазы и фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Условия равновесия фаз
- •15.5. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Метастабильные состояния. Критическая точка
- •15.6. Тройная точка. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода
- •16.1. Понятие о физической кинетике. Вязкость жидкостей и газов. Коэффициент вязкости жидкостей и газов. Динамическая и кинематическая вязкости
- •16.2. Диффузия и теплопроводность. Коэффициенты диффузии и теплопроводности
- •Кинетические явления (явления переноса). Переносимая величина, уравнение процесса, коэффициент процесса
- •17.1. Строение жидкостей
- •17.2. Свойства жидкостей (вязкость, текучесть, сжимаемость и тепловое расширение)
- •17.3. Поверхностное натяжение. Энергия поверхностного слоя жидкости
- •17.4. Поверхностные явления на границе раздела двух жидкостей или жидкости и твердого тела
- •17.5. Капиллярные явления. Закон Жюрена
- •17.6. Кинематическое описание движения жидкости
- •17.7. Уравнения равновесия и движения жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли
- •17.8. Гидродинамика вязкой жидкости. Силы внутреннего трения. Коэффициент вязкости. Стационарное течение вязкой жидкости. Уравнение неразрывности. Течение по трубе. Формула Пуазейля
- •17.9. Жидкие кристаллы
- •17.9.1. Строение жидких кристаллов (жк)
- •17.9.2. Физические свойства жидких кристаллов и их применение
- •17.10. Магнитные жидкости
- •17.10.1. Структура магнитных жидкостей (мж)
- •17.10.2. Получение магнитных жидкостей
- •17.10.3. Свойства магнитных жидкостей
- •17.10.4. Применение магнитных жидкостей
- •17.11. Кристаллическое состояние
- •17.11.1. Отличительные черты кристаллического состояния
- •17.11.2 Классификация кристаллов
- •17.11.3 Физические типы кристаллических решеток
- •17.11.4 Тепловое движение в кристаллах. Теплоемкость кристаллов
- •17.11.5. Скорость звука в кристалле. Цепочечная модель
- •Можно записать дифференциальное уравнение
- •Библиографический список Основной
- •Дополнительный
- •Полунин Вячеслав Михайлович
- •Сычев Геннадий Тимофеевич
- •Конспект лекций по молекулярной физике и термодинамике для студентов инженерно-технических специальностей
17.9. Жидкие кристаллы
17.9.1. Строение жидких кристаллов (жк)
Жидкие кристаллы это особое состояние некоторых органических веществ. С одной стороны они обладают типичным свойством жидкостей текучестью. А с другой стороны они сохраняют определенную упорядоченность в расположении молекул и анизотропию ряда физических свойств, характерную для твердых кристаллов. Жидкие кристаллы открыты немецким физиком Леманом в 1889 г.
Молекулы ЖК имеют удлиненную палочкообразную форму. Такая форма молекул определяет параллельность их взаимной укладки, что является основным признаком структуры жидких кристаллов. Различают три основных типа ЖК: смектические, нематические, холестеричекие (рис.17.8).
Наименьшую упорядоченность имеют нематические ЖК. Молекулы их параллельны, но сдвинуты вдоль своих осей на произвольные расстояния. В ЖК сохраняется дальний ориентационный порядок.
В жидких смектических кристаллах молекулы параллельны друг другу и расположены слоями.
Структура холестерических ЖК похожа на структуру нематиков, но отличается от них дополнительным закручиванием молекул вокруг перпендикуляра к их осям. Шаг такой спирали может достигать нескольких микрон.
17.9.2. Физические свойства жидких кристаллов и их применение
Жидкие кристаллы обладают анизотропией упругости, электропроводимости, магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости, оптической анизотропией, сегнетоэлектрическими свойствами.
В достаточно сильных электрических полях первоначально прозрачный образец ЖК может сильно рассеивать свет, становиться матово-прозрачным. При снятии поля образец возвращается в исходное состояние.
Исключение составляют смектические ЖК, обладающие большой вязкостью. Они «запоминают» воздействие надолго. Например, сжатый (до 105 Па) слой смектического ЖК прозрачен, при сбросе давления он теряет прозрачность. Прозрачность слоя восстанавливается при повторном сжатии образца. Этот эффект используется в пневмоавтоматике.
В ЖК перестройка внутренней структуры сопровождается излучением упругой волны. Так, в нематической фазе в качестве источника акустической эмиссии служат локальные дефекты: точечные или линейные дислокации. Максимальная акустическая активность соответствует переходу нематик-изотропная среда. На этом основан акустический метод контроля ЖК. С другой стороны небольшие внешние возмущения, достигаемые с помощью, звуковой волны, приводят к значительным искажениям структурного порядка (поля директора) и, следовательно, к легко фиксируемому изменению оптических свойств. На этом принципе построены акустически управляемые активные элементы на жидких кристаллах.
ЖК имеют широкое практическое применение, особенно в системах обработки и отображения информации, в которых используются электрооптические свойства ЖК: буквенно-цифровые индикаторы в микрокалькуляторах и электронных часах. Разработаны плоские телевизоры на ЖК.
17.10. Магнитные жидкости
17.10.1. Структура магнитных жидкостей (мж)
Магнитные жидкости (МЖ) представляют собой коллоидный раствор однодоменных частиц в жидкости-носителе. Для придания дисперсной системе необходимой агрегатной устойчивости магнитные частицы покрываются слоем стабилизатора (рис.17.9).
По форме частицы близки к сферической форме. Их средний радиус и толщина стабилизирующей оболочки имеют порядок нескольких нм (10-9м – 10-8м).
Интенсивное тепловое движение столько малых частиц дисперсной фазы обуславливает высокую макроскопическую однородность всей системы. Благодаря наличию мелкодисперсные однородность всей системы. Благодаря наличию мелкодисперсной магнитной фазы МЖ обладают наряду с текучестью выраженными магнитными свойствами.