Шпоры физика(2 семестр )

20aВязкость – свойство жидкости сопротивляться сдвигу ее слоев относительно друг друга, обусловливающее силы внутреннего трения между слоями, имеющими различные скорости движения.

20б Ламинарное течение жидк.наблюд при небольшее движ.Внешн слой жидк, примыкающ к п-сти трубы,из-за сил молекул. сцепления прилип к ней и остаетсянеподвижпоследующих слоев тем больше,чем больше их расстояние до п-сти трубы,при этом наибольшей обладает слой,кот.движ.вдоль оси трубы.При турбулентно течении частицы жидк.приобретают составляющие , кот.ḻ течению, и они могут двигаться из одного слоя в др.частиц жидк.быстро возрастает по мере удаления от п-сти трубы, затем изменяется незначительно.Т.к частицы жидк.могут перейти из одного слоя в др, то их в различных слоях мало отличаются.Из-за большого градиента у п-сти трубы обычно происходит образование вихрей. 

21а На тело, движущееся в жидк или газе, действуют2силы(равнодействующую обозначим R), одна из которых (R_x) направлена в сторону, противоположную движению тела (в сторону потока)—лобовое сопротивление, а вторая(R_y)ḻэтому направлению— подъемная сила.

Ф-лаСтокса:

21бПри своем движ.молекулы газа ударяются о стенки сосуда, в кот.находится газ, создавая тем самым давление газа на стенки.Если газ наход.в равновесии,то все направляющие движ.молекул равновероятны.Пусть в1 объема содержится n0 мол-л.При абс.упругом ударе мол-лы об стенку ее импульс изменяется на 2m0v. 3а время t до стенки долетят и упруго отразятся от нее все мол-лы,находящ.внутри параллелеп. с осн. S и высотой vt.Таких мол-л будет: n = (1/6) n0 S v t ; следовательно общее изменение импульса мол-л,долетевших за время до стенки и упруго-отразившихся от нее будет: 2m0 v n = (1/3) n0 m0 v S t Это изменение импульса= импульсу силы, действующ со стор.стенки на мол-лы,т.е. по 3 з.Ньютона со стор.мол-л на стенки: (1/3) n₀m₀vSt = Ft ; F = (1/3) m₀ v ,n0 S ; P = (1/3) n₀m₀ v – осн.ур-е

22а

pV=RT

22б Основное у-е МКТ показывает, что давление пропорционально произведению массы молекулы на средн.квадрат скорости мол-л и на концентрацию мол-л.

W_k0=kT;p=nm₀v₀²=n→p=nW_k0 v_cp.KB.=

23a Степени свободы — это совокупность независимых координат перемещения и/или вращения, полностью определяющая положение системы или тела.

Числа степеней свободы-это число независимых переменных (координат), которые полностью определяют положение системы в пространстве.

23б Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Вну́тренняя эне́ргия тела (или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекул. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы.

Коли́чество теплоты́ — энергия, кот. получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.

24а В люб.изолирован.с-ме запас энергии остаётся постоянным. (Джоуль) Кол-во теплоты, полученное с-мой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение A против внешних сил.Изменение внутр.энергии с-мы при переходе её из одного состояния в др.= сумме А внешних сил и кол-ва теплотыQ, переданного с-ме, то есть, оно зависит только от нач. и конечн. состояния с-мы и не зависит от способа переходa. В циклическом процессе внутр.энергия не измен. =0Изменен.полной энергии с-мы в квазистатичес.процессе= кол-ву Q, сообщён.с-ме, в сумме с изменением энергии,кол-вом в-ва N при хим.потенциале μ, и A’, совершён.над с-мой внешн.силами и полями,за вычетом А , совершён.самой с-мой против внешних сил

∆U=Q-A+μ∆N+A’

24б. Если газ, расширяясь, пере­двигает поршень на бесконечно малое расстояние dl, то производит над ним работу:δА=Fdl=pSdl=pdV, где S — площадь поршня, Sdl=dV— изменение объема системы. δA=pdV.ПолнуюА, совершаемую газом при изменении его объема от V₁ до V₂:A=   .

25аТеплоёмкость идеального газа — отношение количества теплоты, сообщённого газу, к изменению температуры δТ, которое при этом произошло.

25б Термическим коэффициентом давления-изменение давления в зависимости от изменения температуры в-ва. β=)_v,

где(_v– частная производная,характеризующая изменения давления p,если температура вещества повышается на один градус, а объем остается постоянным, давление p является функцией температуры.

26a 1з.термодин-Изменение полной энергии с-мы в квазистатическом процессе=кол-ву теплоты Q, сообщенного с-ме, в сумме с изменением энергии, связанной с кол-вом вещества N при хим.потенциале μ, и работы A', совершённой над с-мой внешними силами и полями, за вычетом работы А, совершённой самой с-мой против внешних сил» :∆U=Q-A+μ∆N+A’

Для элементарного кол-ва теплоты δQ, элементарной работы δA и малого приращения dU внутренней энергии 13.термодинамики имеет вид:dU=ΔQ-∆A+μdN+δA

Разделение работы на 2 части, одна описывает работу, совершённую над системой, а вторая – работу, совершённую самой системой.

Приращение теплоты часто выражают через температуру и приращение энтропии:δQ=Tds .

26б

27аКривая на термодинамических диаграммах, изображающая П. п.-политропа. Простейшим примером обратимого П. п. может служить П.п. с идеальным газом, определяемый уравнением pV ⁿ = const,  n=показатель политропы (C_p и C_v — теплоёмкости газа ). у-е политропы в ином виде:  pT^=const илиVT=  const. у-е П. п. идеального газа включает частные случаи у-я: адиабаты С =0, n = C_p/C_v, , изобары (С = С_р, n = 0), изохоры (С = C_v, n = ¥) и изотермы (С = ¥, n = 1). Работа А идеального газа в П. п. против внешнего давления A=(p₁V₁-p₂V₂) 

27б Распределение Ма́ксвелла — распред. вероятности,лежит в основ.кинетич.теории газов,кот.объясняет многие фундаментальные св-ва газов(давление и диффузию).Применимо для электронных процессов переноса и др.явлений, применимо к множеству св-в индивид.м-кул в газе.Считают его распред.энергий м-кул в газе,но может также применяться к распред.скоростей ,импульсов и модуля импульсов м-кул.Также оно выражено как дискретное распределение по множеству дискретных у-й энергии или как непрерывное распред.по некот. континууму энергии.Выражено как дискретное распределение энергии:=

28а

28бРаспред.Больцмана-распред.вероятностей различн.энергетич.состояний идеальной термодин.с-мы в ус-виях термодин.равновесия.

Pаспред.Больц.ср.число частиц с полной энергией E_i (<n_i>=e^-Ei/kвТN_i)

Постоянная Z находится из условия, что сумма n_i по всем возможным значениям i= заданному полному числу частиц n в системе:

Kогда движение частиц подчиняется класс.механике, энергию E_i можно считать состоящей из кинет.энергииE_i¹=E_i(кин) частицы,

внутренней энергииE_I²=E_i(вн) и

потенциальной энергииE_i³=E_i(пот) во внешнем поле, зависящей от положения частицы в пр-ве: E_i=E_i¹+E_i²⁺E_i³

29aПодъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы,ḻ вектору скорости движ.тела в потоке жидк. или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком. В соответствии с з.Бернулли, статическое давление среды в тех областях, где скорость потока более высока, будет ниже, и наоборот. Y+P=где:Y — это подъёмная сила,P — это тяга, — граница профиля,p — величина давления,n — нормаль к профилю

29б Обратимыми называют процессы, в результате совершения которых в прямом и обратном направлениях термодинамическая система возвращается в исходное состояние; таким образом, совокупность прямого и обратного процессов не вызывает в окружающей среде никаких изменений.Необратимыми называют процессы, при проведении которых в прямом и затем в обратном направлении система не возвращается в исходное состояние. Из повседневной практики известно, что все естественные самопроизвольные процессы, происходящие в природе, являются необратимыми; обратимых процессов в природе не существует.

30а Тепловая машина состоит из нагревателя, раб.тела и охладителя раб.тела.Охладитель-окружающая среда.Тепловая машина работает по принципу замкнутого цикла, совершая круговой процесс.Согласно1 з.термодинамики,это тепло расходуется на нагревание рабочего тела и на совершение механ.работыQ₁ = E₂ ‑ E₁ + A₁₃ При обратном цикле над газом производится работа: газ сжимается и передает охладителю кол-во.тепла‑ Q₂ = E₁ ‑ E₂ + A_31, т.е. Q₁ ‑ Q₂ = A₁₃ + A₃₁ =A.Отношение полезной работы, совершенной машиной, к кол-ву полученного тепла составляет КПД тепловой машины ὴ==Понятно, что КПД машины всегда меньше единицы, поскольку не все кол-во полученного тепла переходит в полезную работу.

30б Цикл Карно состоит из последовательных расширения и сжатия газа, причем каждый из процессов совершается сначала изотермически, а затем адиабатически. При прямом цикле тело по-прежнему сначала получает тепло, а затем отдает его. Достоинство цикла Карно состоит в том, что все процессы обратимы, и, следовательно, КПД такой машины будет максимальным.

31а 2 начало термодинамики формулировки:

1)Невозможен вечный двигатель второго рода

2)Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу

3)Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда строго меньше единицы: ɳ<1

4)Без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать более нагретому

5)При любых процессах, происходящих в замкнутой системе, ее энтропия S не может убывать: ΔS≥Ο, где знак равенства относится к обратимым, а неравенства – к необратимым процессам.

31б Величина S = Q/T, или приведенная теплота, была названа энтропией. Эта величина является функцией состояния термодинамической системы. Изолированные(замкнутые) системы не обмениваются веществом и энергией с окружающим пространством. В таких системах изменение энтропии ΔS = 0 (для обратимых процессов) и  ΔS >0 (для необратимых). Все реальные процессы необратимые и поэтому энтропия в изолированной системе для самопроизвольных процессов может только возрастать, что указывает на однонаправленность всех процессов в природе. Этот вывод получил название закона возрастания энтропии.

32а Математ.выражение2 з.термодинамики для обратимых процессов dq=Tds, q=. где q – подводимая (извне) или отводимая от рабочего тела теплота; s, Дж/(кг^.К) – удельная энтропия, являющаяся параметром состояния

Математическое выражение второго закона термодинамики для необратимых процессов:

32б Понятия энтропии было дано Больцманом. Для этого было введено понятие термодинам. вероятности(W)данного состояния некоторой с-мы -число возможных неотличимых микроскопических состояний с-мы реализующ.определенное макроскоп. состояние этой с-мы(или число перестановок одноименных элементов,при кот.сохран.данное макросост). Термод. вероятность-макс,когда с-ма наход.в равновесном состоянии.Энтропия-вероятностная статист.величина.Ее увелич.вероятно,но не исключ.флуактации.На этой основе Клаузиус 1867гвыдвинул гипот.о теплов.смерти Вселенной. Больцман опроверг гипотезу и показал,что з.возраст.энтропии-статист. закон,т.е.возможны отклонения.Энтропия замкн.с-мы макс.при достижении с-мой равновесного состояния.

33а По изменен.энтропии можно судить об обратим.или необратим.процессов,протек.в замкн.с-ме:чем меньше ΔS, тем ближе процесс к обратим.Энтропия-величина,с помощью кот.учит. потери теплоты,происход.в реальных процессах, превращение теплоты в др.виды энергии. Yвелич.энтропии ΔS при каком-либо процессе показывает, что часть теплоты, содержащейся в с-ме=TΔS,не может быть превращ.в работу,т.к. будет рассеяна между окружающ.телами.S–величина аддитивная.значит,что S сложн.с-мы=сумме энтропий подсистем, т. е. S=S1+S2+...+Sn В современ.термодин.рассм. процессы, происход.не только в замкн.с-мах.Для хар-ки этих процессов также вычисл.изменениеS ,но если с-ма обменивается теплотой с внешн. средой,то ее∆Sможет вести себя любым образом.

33б 3 НАЧАЛО ТЕРМОДИН. (Нернста теорема) - устанавливает, что энтропия физической системы при стремлении температуры к абсолютному нулю не зависит от параметров системы и остается неизменной. М. Планк дополнил теорему Нернста гипотезой, что энтропиявсех тел при абсолютном нуле температуры равна нулю. Из третьего начала термодинамики вытекают важные следствия о свойствах веществ вблизи абсолютного нуля. Так, обращаются в нуль: удельные теплоемкости при постоянном объеме (Сv) и при постоянном давлении (Сp), термический коэффициент расширения и давления. Из третьего начала термодинамики следует также недостижимость абсолютного нуля температуры при конечной последовательности термодинамических процессов.

34а Реальн.газ-газ,кот.неописыв.у-ем состояния идеальн.газа Клапейрона-Менделеева.Зависим. между его пар-ми показыв,что м-лы в реальн. газе взаимод.между собой и занимают определен. объём.Состояние реального газа часто на практик описыв.обобщённым у-ем М—К: pV=Z_r(p,T)RT ,Z_r = Z_r (p,T)k сжимаем. газа;Межмолекул. взаимод.имеет электростатич. природу.Перв. предполож.существ.Ван-дер-Ваальс1873для объяснен.св-в реальн.газов и жидк.В наиболее широком смысле под ним можно понимать такие взаимод. между люб.частицами при кот.не происх. образован.хим,ковалент.или ме.связей.Эти взаимод. существенно слабее ковалент.и не приводят к существен.перестройке электрон. строения взаимод.частиц.

34б Для одного моля газа Ван-дер-Ваальса оно имеет вид:

где

•  — давление,

•  — молярный объём,

•  — абсолютная температура,

35а Проанализируем изотермы уравнения Ван–дер–Ваальса – зависимости Р от V для реального газа при постоянной температуре. Умножив уравнение Ван-дер-Ваальса на V ² и раскрыв скобки, получаем

       PV ³ – (RT + bP) vV ² + av²V - abv³ = 0.

35б Нижн—изотерм.при темп.ниже критич. участки— метастабильные состояния.
Участок левее т.F — нормал.жидкость.т.F — кипен.Прямая FG — равновесие жидк.и газообр.фазы.УчастокFA—перегретая жидк.Участок F′A — растянутая жидкость (p<0).
Участок AC — аналит.продолжение изотермы, физ. невозможен.Участок CG — переохлажд. пар. Точка G — точка росы. Участок правее точки G — нормальный газ.К — критическая изотермаK -крит.точка.верхние3— сверхкритические изотермы

36а Изотермы жидкости строятся по тому же принципу, что и для газа. Дело осложняется тем, что часть температур равновесия лежит выше критической температуры азота ( 126 К), вследствие чего энтальпию жидкого азота при этих температурах снять не представляется возможным. В этом случае можно поступить следующим образом: вычислить среднюю теплоемкость жидкого азота в интервале, скажем, 110 - 120 К и считать условно, что и далее, при температурах выше критической, теплоемкость азота в смеси остается такой же. 

36б В явлениях переноса каждая м-ла при своем хаотическом движении переносит некот. физ.величину.В случае теплопроводности переносимой величиной является кинет.энергия м-лы,кот.переносится оттуда,где она больше, туда,где она меньше,в случае вязкого трения м-ла переносит импульс.dФ=-n<v><ƛ>dSdt является общим уравнением переноса физической величины ϕ.Под ср.длиной свободного пробега понимают ср.расстояние,кот.проходит м-ла между 2 последовательными соударениями.За секунду м-ла в ср.проходит расстояние, численно =ее ср.скорости_<v>. Если за это же время она испытает в среднем<v>столкновений с др. м-лами, то ее ср.длина свободного пробега _<ƛ>=<v>\<v>

37a Диффузия-неравновесный процесс самопроизвольного взаимного проникновения и перемешивания двух или более различных в-в. В смеси газов причина диффузии-различие в концентрациях отдельных компонентов газов в разн.частях объема.При этом каждый из компонентов смеси направленно переносится из тех частей объема,где ее концентрация больше, туда, где она меньше.Опытным путем установлено (первый закон Фика), что число м-кул dNαкомпоненты α, продиффундировавших через площадку dS за время dt, пропорционально величине площадки dS, промежутку времени dt и градиенту концентрации этого компонента, т. е.

dN_α=-D_αdSdt

37б Если 2соприкасающихся слоя движутся с различными скоростями,то может происходить выравнивание скоростей слоев газов.В ср. импульсы м-кул таких слоев различны – м-кулы более быстрых слоев имеют большие значения импульсов. Переход м-кул из быстрых слоев в более медленный сопровождается переносом импульса упорядоченного движения. Противоположное по характеру действие оказывают м-кулы медленного слоя,перешедшие в быстрый слой,в этом слое возникают тормозящие силы.Суммарный эффект при этом - выравнивание скоростей слоев-внутренним трением. При этом закон, установленный Ньютоном dF=-ὴdS.С т.зрения молекулярно-кинет.теории.ὴ=ρƛv_{cр.арифм.}

38аБольш.влияние на теплопроводн.оказывает влажность в-ва.При увелич.влажн. теплопроводн.значительно возрастает.Для большинства капельных жидк k теплопроводности с повышением температуры убывает. Для жидкостей его значение находится в пределах 0,08…0,65.От давления коэффициент теплопроводн. жидк. практическине зависит. Теплопроводн.газовприувелич.температуры возрастает.К теплопровод.газов изменяется в пределах от 0,005 до 0,6 и не зависит од давления.Фурье установил закон- δQ=-XdSdt

Знак “минус” означает, что тепло переносится от мест более горячих к более холодным.

1aМехан.движен.Скорость.Перемещение путь.

1бМехан.движ.Ускорение

2аКинематика вращательного движения

2бз.Ньютона

3аСила взаимод.Сила упругости

3бСила трения

4аВязкое трение и сопротивление среды

4бСила тяжести.Вес

5аДвижение в неинерциальных системах отсчета

5бСилы инерции

6аСила Кариолиса

6бСвязь з.сохран.со св-ми пр-ва и времени

7аКинет.энергия.работа.Мощность

7бПотенциальная энергия.З.сохран полной механ

8аПотенциальная энергия взаимод.с-мы частиц

8бЗ.сохран импульса

9аЦентр масс с-мы частицы

9бЗ.сохран.момента импульса

10аАбсолютн.упругий и неупругий удар

10бПлоское движение тв.тела

11аДвижение центра масс тв.тела

11бВращение тв.тела вокруг неподв.оси

12аМомент инерции.Т.Штейнера

12бКинет.энергия вращающ.тв.тела

13акинет.энергия тела при плоском движен

13бЗ.всемирного тяготения

14аГравитацион.поле.Принцип эквивалентности

14бВиды механ.колебаний и динам.у-я

15аГармонич колебания

15бМатем.и физ.маятник

16асложение взаимно перпенд.колебаний

16бЗатухающие колебания

17аВынужденные колебания

17бУпруг.волны в средах.Попереч.и прод. волны

18аУ-е бегущей волны

18бПринцип суперпоз.волн.Групповая скорость

19аЛинии и трубки тока.Неразрывность струи

19бу-е Бернулли

20аЛаминарное и турбулентное течение

20бДвижение тел в жидк.и газах.У-е Стокса

21аДавление газа ст.зрения молек-кинет теории

21бу-е состояния идеального газа

22амолек-кинет смысл абсол.теммпературы

22бЧисло степен.свобод.З.равнораспред.энергии

23аЭнергия.Внутр.энергия.Кол-во теплоты

23б1ое начало термодинамики

24аРабота соверш.газом при измен.обьема

24бТеплоемкость идеальных газов

25аТермические коэффициенты и их связь

25бприменение 1ого начала термодин

26ау-е адиабаты

26бПолитропические процессы

27аРаспределение Максвелла

27ббарометрическая формула

28аРаспределение Больцмана

28бПодьемная сила

29аОбратимые и необратимые процессы

29бТепловая машина

30ацикл карно

30б2 начало термодинамики

31аэнтропия как ф-я состояния термодин с-мы

31бматем.формулир.2 нач.термодин.

32астатистич.смысл и св-ва энтропии

32бИзменение энтропии в процессах идеаль.газа

33а3начало термодинамики

33бРеальные газы.Силы межмолекул взаимод.

34аУ-е Ван-дер-Вальса

34бИзотермы у-я Ван-дер-Вальса

35бИзотермы реального газа

36аИзотермы жидкости

36бЯвление переноса.Ср.длинна свобод.пробега

37аДиффузия в газах.З Фика

37бЯвление внутр.трен.газа.З Ньютона

38аТеплопроводность З.Фурье