Вопрос № 33
Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:
все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.
Основными доказательствами этих положений считались:
Диффузия
Броуновское движение
Изменение агрегатных состояний вещества
В современной (теоретической) физике термин молекулярно-кинетическая теория уже не используется, хотя он встречается в учебниках по курсу общей физики. В современной физике МКТ заменила кинетическая теория, в русскоязычной литературе — физическая кинетика, и статистическая механика. В этих разделах физики изучаются не только молекулярные (атомные или ионные) системы, находящиеся не только в «тепловом» движении, и взаимодействующие не только через абсолютно упругие столкновения.
Основное уравнение МКТ
,
где k является постоянной Больцмана
(отношение универсальной газовой
постоянной R к числу Авогадро NA),
i — число степеней свободы молекул (i =
3 в большинстве задач про идеальные
газы, где молекулы предполагаются
сферами малого радиуса, физическим
аналогом которых могут служить инертные
газы), а T - абсолютная температура.
Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).
Вопрос № 39
Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии. Серьёзное исследование адиабатических процессов началось с XVIII века.
Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно (квазистатически). В общем случае адиабатический процесс необратим. Некоторые авторы (в частности, Л. Д. Ландау) называли адиабатическими только квазистатические адиабатические процессы.
Адиабатический процесс для идеального газа описывается уравнением Пуассона. Линия, изображающая адиабатный процесс на какой-либо термодинамической диаграмме, называется адиабатой. Существует ряд явлений природы, которые могут считаться адиабатическим процессом, кроме того, он получил применение в технике.
Физический смысл адиабатического процесса
Если термодинамический процесс в общем случае являет собой три процесса — теплообмен, совершение системой (или над системой) работы и изменение её внутренней энергии, то адиабатический процесс в силу отсутствия теплообмена (ΔQ = 0) системы со средой сводится только к последним двум процессам. Поэтому, первое начало термодинамики в этом случае приобретает вид.
где
—
изменение внутренней энергии тела,
— работа, совершаемая системой,
—
теплота, полученная системой.
Энтропия (S) системы в обратимом адиабатическом процессе не меняется.
,
где T — температура системы.
Благодаря этому адиабатический процесс может быть составной частью обратимого цикла.
Работа газа
Совершение над газом работы на элементарном участке dh. Совершаемая работа показана красными лампочками
В частном случае, когда работа совершается через изменение объёма, можно определить её таким способом. Пусть газ заключён в цилиндрический сосуд, плотно закрытый легко скользящим поршнем. Если газ будет расширяться, то он будет перемещать поршень и при перемещении на отрезок dh совершать работу.
где F — сила, с которой газ действует на поршень. Перепишем уравнение:
итого работа будет
равна.
где — давление газа, dV — малое приращение объёма.