- •Министерство сельского хозяйства республики казахстан
- •Учебно-методический комплекс по физике для группы специальностей «технические науки и технологии»
- •Тема 1. Элементы кинематики
- •Тема 2. Динамика частиц
- •Тема 3. Принцип относительности в механике
- •Тема 4. Работа и энергия
- •Тема 5. Твердое тело в механике
- •Тема 6. Физика колебаний
- •Тема 7. Механические волны
- •Тема 8. Молекулярно - кинетическая теория идеальных газов
- •Тема 9. Статистические распределения
- •Тема 10. Основы термодинамики
- •Тема 11. Реальные газы. Явления переноса
- •Тема 12. Электростатика
- •Тема 13. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле
- •Тема 14. Постоянный электрический ток
- •Тема 15. Элементы физической электроники и твердого тела
- •Изучение движения тел по наклонной плоскости
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение собственных колебаний пружинного маятника
- •Натуральный логарифм этого отношения называется логарифмическим декрементом затухания:
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение момента инерции тракторного шатуна
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок работы Упражнение 1. Определение момента инерции крестовины без муфт
- •Крестовины вместе с муфтами.
- •Контрольные вопросы
- •1. Напишите и сформулируйте основной закон динамики вращательного движения. Дать определения момента инерции, момента силы.
- •Определение момента инерции маятника максвелла
- •На маятник действуют две силы: сила тяжести ft, направленная вертикально вниз и сила упругости двух нитей 2т (рис.2).
- •Порядок работы
- •Определение момента инерции маятника
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента вязкости жидкости методом стокса
- •Порядок работы
- •Определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения
- •Контрольные вопросы
- •Изучение фазовых переходов первого рода
- •Экспериментальная установка
- •Проведение эксперимента
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Теория метода
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Классификация приборов по принципу действия
- •1.3.Характеристики электроизмерительных приборов
- •1.4.Амперметры, вольтметры, гальванометры
- •1.5.Вспомогательные электрические приборы
- •2. Правила работы с электрическими схемами
- •Для соблюдения техники безопасности при работе с электрическими схемами следует:
- •3.Измерения и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Контрольные вопросы
- •Определение сопротивления проводников с помощью мостиковой схемы
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование процесса разряда конденсатора через сопротивление
- •Исследование свойств полупроводникового выпрямителя
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Градуировка термоэлемента и определение его удельной термоэлектродвижущей силы
- •Теория метода
- •Порядок работы
- •Задачи для аудиторных занятий
- •О т в е т ы к задачам
- •Задания для самостоятельной работы студентов
- •Механика
- •42. При каких условиях сохраняется импульс механической системы….
- •Колебания и волны
- •Молекулярная физика и термодинамика
- •Электростатика
- •Электрический ток
- •2. Некоторые астрономические величны
Тема 8. Молекулярно - кинетическая теория идеальных газов
Молекулярная физика и термодинамика - разделы физики, в которых изучаются макроскопические (параметры) процессы в телах, связанные с огромным числом атомов и молекул, содержащихся в телах.
Для исследования этих процессов применяют два метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический.
Молекулярная физика изучает строение и свойства вещества, исходя из молекулярно – кинетических представлений, основывающихся на том что:
все тела состоят из молекул
молекулы непрерывно и беспорядочно движутся
между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания - межмолекулярные силы.
Статистический метод основан на том, что свойства макроскопической системы определяются, в конечном счете, свойствами частиц системы.
Термодинамика – изучает общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями и не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического метода. Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы.
Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией между собой и внешней средой.
Состояние системы задается термодинамическими параметрами: p, V, T.
Применяют две шкалы температуры: Кельвина и Цельсия.
T = t + 2730 - связь между температурами t и Т
где t - измеряется в Цельсиях 0 С ; Т - измеряется в кельвинах К.
В молекулярно – кинетической теории пользуются моделью идеального газа, согласно которой:
- собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда
- между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия
- столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Состояние идеального газа характеризуется 3 параметрами:p, V, T.
- уравнение Менделеева - Клайперона
или уравнение состояния идеального газа
здесь: - количество вещества [моль]
R = 8,31 - универсальная газовая постоянная
Опытным путем был установлен целый ряд законов, описывающих поведение идеальных газов.
Рассмотрим эти законы:
T – const – изотермический процесс
р
T –растет pV = const -
закон Бойля – Мариотта
V
p = const - изобарный процесс
V
p2-const - закон Гей - Люссака
p1 p2
p1>p2
Т
3) V – const – изохорный процесс
р
V1 - закон Шарля
V2
V1>V2
T
4) Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковой температуре и давлении имеют одинаковые объемы.
При нормальных условиях: V = 22,410-3м3/моль
В 1 моле различных веществ содержится одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро
NA = 6,021023 моль-1
5) Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений, входящих в нее газов.
p = p1 + p2 + . . . + pn – закон Дальтона
где p1, p2 , . . . pn – парциальные давления.
- постоянная Больцмана k = 1,38 10-23 Дж/К
При одинаковых температурах и давлении все газы в единице объема содержат одинаковое число молекул.
Число молекул, содержащихся, в 1м3 газа при нормальных условиях называется числом Лошмидта NL = 2,681025 м3
Нормальные условия: р0 = 1,013103 Па
V0 = 22,410-3м3/моль
Т0 = 273 К
R = 8,31 Дж/мольК
На основе использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено уравнение, которое позволяет вычислить давление газа, если известны m - масса молекулы газа, среднее значение квадрата скорости 2 и концентрация n молекул.
- основное уравнение молекулярно-кинетической теории
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул
Тогда - первое следствие из основного уравнения МКТ
- концентрация молекул
Температура – есть мера средней кинетической энергии молекул.
Тогда -второе следствие из основного уравнения МКТ
Теперь запишем <> - среднюю квадратичную скорость движения молекул
или
Средняя арифметическая скорость движения молекул определяется по формуле
или
Молекулы, беспорядочно двигаясь, непрерывно сталкиваются друг с другом. Между двумя последовательными столкновениями молекулы проходят некоторый путь, который называется длиной свободного пробега.
Длина свободного пробега все время меняется, поэтому следует говорить о средней длине свободного пробега <l>, как о среднем пути, проходимом молекулой между двумя последовательными соударениями
<z> - среднее число столкновений, испытываемых молекулой за 1с
<> - средняя скорость.
Минимальное расстояние, на которое при столкновении сближаются центры двух молекул называется эффективным диаметром молекулы. – d.
d
Среднее число столкновений за одну секунду равно числу молекул в объеме
<z> = nV, где n – концентрация молекул
V = d2<>
<z> =d2n<> при учете движения всех молекул
- средняя длина свободного пробега молекул
Тогда <z> = d2n<> - среднее число столкновений молекул за 1с.
Таким образом, <l> обратно пропорциональна концентрации молекул.