Тема 1.2. Тепловые явления

История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул. Тепловое движение. Температура как мера средней кинетической энергии частиц.

Объяснение агрегатных состояний вещества и фазовых переходов между ними на основе атомно-молекулярных представлений.

Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Необратимый характер тепловых процессов. Тепловые машины, их применение. Экологические проблемы, связанные с применением тепловых машин, и проблема энергосбережения.

В результате изучения темы студенты должны:

знать/понимать:

- атомистическая гипотеза строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Модель идеального газа. Абсолютная температура. Температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц. Связь между давлением идеального газа и средней кинетической энергией теплового движения его молекул. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Границы применимости модели идеального газа Физическую сущность понятий: внутренняя энергия, изолированная система, работа, количество теплоты, необратимость тепловых процессов;

- первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон термодинамики и его статистическое истолкование. Принципы действия тепловых машин. КПД тепловой машины. Проблемы энергетики и охрана окружающей среды, физическую сущность понятий: фаза вещества, критическое состояние вещества; газообразное, жидкое и твердое состояние вещества; явление поверхностного натяжения жидкости, смачивания и капиллярности, типы связей в кристаллах и виды кристаллических структур;

- отличие кристаллических тел от аморфных, природу теплового расширения тел.

Уметь:

- объяснять связь средней кинетической энергии молекул с температурой по шкале Кельвина;

- строить и читать графики изопроцессов;

- решать количественные и качественные задачи на данные темы, применять Первый закон термодинамики для изопроцессов, определять КПД тепловых двигателей, объяснять физический смысл универсальной газовой постоянной;

- применять первое начало термодинамики к изопроцессам в идеальном газе, решать задачи с использованием первого начала термодинамики на расчёт работы газа при изобарном процессе, на определение КПД тепловых двигателей;

- наблюдение и описание броуновского движения, поверхностного натяжения жидкости, изменения агрегатного состояния вещества, способов изменения внутренней энергии тела и объяснение этих явле­ний на основе представлений об атомно-молекулярном строении ве­щества и законов термодинамики;

- проведение измерений давления газа, влажности воздуха, удельной теплоемкости вещества, удельной теплоты плавления льда; выполне­ние экспериментальных исследований изопроцессов в газах, превраще­ний вещества из одного агрегатного состояния в другое;

- практическое применение физических знаний в повседневной жиз­ни: при оценке теплопроводности и теплоемкости различных ве­ществ; для использования явления охлаждения жидкости при ее испа­рении, зависимости температуры кипения воды от давления;

- объяснение устройства и принципа действия паровой и газовой турбин, двигателя внутреннего сгорания, холодильника.

Демонстрации

Движение броуновских частиц. Диффузия.

Модель хаотического движения молекул.

Объемные (или компьютерные) модели газа, жидкости и твердого тела.

Испарение различных жидкостей.

Плавление и отвердевание кристаллических тел.

Изменение внутренней энергии тел при совершении работы.

Устройство паровой турбины.