- •Міністерство аграрної політики України Білоцерківський державний аграрний університет фізика
- •І. Основи механіки
- •І.1 Основи кінематики поступального руху
- •І.2 Основи динаміки поступального руху. Закони Ньютона. Маса і сила
- •І.3 Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння. Вага тіла
- •І.4 Сили пружності
- •І.5 Сили тертя
- •І.6 Робота і потужність
- •І.7 Енергія. Види механічної енергії
- •І.8 Основи кінематики обертового руху
- •І.9 Основний закон динаміки обертового руху
- •І.10 Основи кінематики коливального руху
- •І.11 Хвильові процеси
- •І.12 Звукові хвилі (звук)
- •Як видно із рис.1.9, найменші інтенсивності хвиль сприймаються в інтервалі частот 1000 Гц – 5000 Гц. Тобто, у цьому інтервалі частот чутливість вуха до звукових коливань найбільша.
- •Іі. Основи молекулярної фізики
- •Іі.1 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •1. Всі речовини незалежно від їх агрегатного стану складаються з молекул, які, у свою чергу, складаються з атомів.
- •3. Молекули в тілах безперервно хаотично рухаються.
- •Іі.2 Теплота і температура
- •Іі.3 Газовий стан речовин та його характеристики
- •Іі.4 Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу
- •Іі.5 Рівняння стану ідеального газу
- •Іі.6 Зв’язок між середньою енергією молекул і абсолютною температурою газу
- •Іі.7 Зв’язок тиску з абсолютною температурою газу
- •Іі.8 Явища переносу. Дифузія
- •Іі.9 Теплопровідність
- •Іі.10 в’язкість (внутрішнє тертя)
- •Іі.11 Поверхневий натяг
- •Іі.12 Явища змочування і незмочування
- •Іі.І3 Додатковий тиск під викривленою поверхнею рідин
- •Іі.14 Капілярні явища. Формула Жюрена
- •Іі.15 Пароутворення та його види. Конденсація
- •Іі.16 Вологість повітря. Точка роси
- •II.17 Основи термодинаміки. Закони термодинаміки.
- •Іiі. Основи електрики ііі.1 Природа електричних явищ. Взаємодія зарядів
- •Ііі.2 Електричне поле. Напруженість поля точкового заряду. Силові лінії поля
- •Ііі.3 Потенціал електричного поля. Напруга
- •Ііі.4 Провідники в електричному полі
- •Ііі.5 Діелектрики в електричному полі
- •Ііі.6 Електричний струм. Сила струму. Електрорушійна сила
- •Ііі.7 Опір провідників. Закон Ома для ділянки кола. Робота і потужність струму
- •Ііі.8 Закон Ома для замкнутого кола
- •IV. Електромагнетизм
- •IV.1 Природа магнетизму. Взаємодія електричних струмів. Напруженість магнітного поля. Закон і формула Ампера
- •Іv.2 Силові лінії магнітного поля
- •Іv.3 Речовини в магнітному полі. Магнітна індукція. Потік магнітної індукції
- •Іv.4 Електромагнітна індукція та її види
- •Іv.5. Електромагнітні хвилі
- •V. Оптичні явища
- •V.1 Природа світла
- •V.2 Заломлення світла
- •V.3 Дисперсія світла
- •V.4 Поглинання світла. Фізико-хімічна дія світла
- •V.5 Інтерференція світла
- •V.6 Дифракція світла
- •VI. Атоми хімічних елементів
- •VI.1 Модель будови атома. Постулати Бора
- •VI.2 Будова багатоелектронних атомів.
- •VI.3 Утворення спектрів випромінювання і поглинання електромагнітних хвиль
- •VI.4 Фотоелектричний ефект
- •VII. Ядра атомів хімічних елементів
- •VII.1 Будова ядер атомів. Ізотопи. Ядерні сили
- •VII.2 Радіоактивність. Радіоактивне випромінювання
- •VII.3 Реакції ділення та синтезу ядер
- •3. Префікси для утворення кратних і дольних одиниць
- •Література
Іі.4 Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу
Ідеальним називають газ, в якому силами міжмолекулярної взаємодії і об’ємом молекул (порівняно з об’ємом, що займає газ) можна знехтувати.
При умовах, близьких до нормальних (Т = 273 К,р=1,013 ∙ 105 Па), та при низькому тискові і високій температурі будь-який реальний газ близький до ідеального, для якого, базуючись на основних положеннях молекулярно - кінетичної теорії (п. ІІ.1), Клаузіус встановив зв’язок між тиском, середньою енергієюі концентрацієюп0 молекул в газі. Молекули газу, хаотично рухаючись, весь час зіштовхуються зі стінками посудини, в якій він знаходиться, і діють на них з певною силою. Очевидно, що чим з більшою швидкістю рухаються молекули, тобто чим більшу середню енергію вони мають, і чим більша їх концентрація п0, тим більша величина тискур. Цей зв’язок і називаютьосновним рівнянням молекулярно-кінетичної теорії (рівнянням Клаузіуса) і він має вигляд:
, (ІІ.3)
де n0 – кількість молекул газу в одиниці об’єму.
При отриманні рівняння Клаузіуса (ІІ.3) користуються поняттям середньої енергії тому, що при хаотичному русі молекули рухаються з самими різними швидкостями v, а значить мають самі різні енергіїW.
Іі.5 Рівняння стану ідеального газу
Рівнянням стану ідеального газу називається зв’язок між тиском, об’ємом і абсолютною температурою Тгазу, який встановлений дослідним шляхом і носить назву рівняння Менделєєва-Клапейрона. Для одного моля газу воно має вигляд:
р Vм = RT, (ІІ.4)
де Vм – об’єм одного моля газу.
Один моль – це кількість речовини, у якій міститься стільки ж молекул чи атомів, скільки є атомів у 0,012 кг вуглецю.
Для будь-якої маси тгазу:
р V = ,(ІІ.5)
де М – молярна маса газу, R – універсальна газова стала (R=8,31).
Іі.6 Зв’язок між середньою енергією молекул і абсолютною температурою газу
Із рівняння (ІІ.4)маємо:
. (ІІ.6)
Підставляючи (ІІ.6) в (ІІ.3), маємо:
.
Звідси:
. (ІІ.7)
Добуток дорівнює кількості молекул в одному молі, яку називаютьчислом АвогадроNA. Тоді:
. (ІІ.8)
Оскільки Rі NA – сталі величини, то їх відношення є сталою величиною, яку позначають буквоюкі називаютьсталою Больцмана(=1,38 ∙10-23Дж/К). Тоді (ІІ.8) набуває вигляд(рівняння Больцмана):
(ІІ.9)
Як видно, середня енергія молекул будь-якого газу залежить тільки від абсолютної температури.
Іі.7 Зв’язок тиску з абсолютною температурою газу
Підставимо значення з (ІІ.9) у рівняння (ІІ.3):
.
Отже, величина тиску прямо пропорційна концентрації молекул n0 і абсолютній температурі Т газу:
. (ІІ.10)
Іі.8 Явища переносу. Дифузія
Явищами переносу називають перенесення фізичних характеристик речовин внаслідок хаотичного руху молекул.
Хаотично рухаючись, молекули переносять і притаманні їм характеристики. Такими характеристиками є: маса, теплота, імпульс молекул.
Дифузією називають перенесення речовини в напрямку зменшення її густини (концентрації).
Причина дифузії – хаотичний рух молекул, необхідна умова – різниця густинив різних місцях простору. Масу речовини, що переноситься в просторі, визначають, користуючисьзаконом Фіка:
Маса речовини , що переноситься в процесі дифузії, прямо пропорційна часуперенесення, площіповерхні, перпендикулярній напрямку перенесення, і градієнту густини речовини.
, (ІІ.11)
де D - коефіцієнт дифузії речовини.
Градієнт густини речовини дорівнює зміні густини речовини в просторі на одиничній відстані (1 м) і направлений в бік максимального збільшення густини.
Знак „ – ” в рівнянні (ІІ.11) означає, що маса переноситься проти напрямку градієнта густини, тобто із місць, де густина більша, в місця, де вона менша. Якщо ρ1> ρ2(ρ = ρ1– ρ2), то маса переноситься через поверхнюзліва направо (рис.ІІ.2).
Коефіцієнт дифузіїD чи-сельно дорівнює масі речовини, що переноситься через одинич-ну поверхню (ΔS = 1 м2) за одиницю часу (Δt = 1с) при градієнті густини, рівному оди-ниці ().Рис. ІІ.2
Числове значення Dзалежить від агрегатного стану і виду речовини. Найбільше воно в газах, менше – в рідких і ще менше у твердих речовинах.