- •В.М. Полунин, г.Т. Сычёв Сборник тестовых задач по физике
- •Часть 1
- •Оглавление
- •1. Физические основы механики 10
- •3. Основы молекулярной физики и термодинамики 136
- •От авторов
- •Введение
- •Общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных заданий
- •1. Физические основы механики
- •1.1. Примеры решения задач
- •1.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •2. Физические основы механики
- •2.1. Примеры решения задач
- •2.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •3. Основы молекулярной физики и термодинамики
- •3.1. Примеры решения задач
- •3.2. Задачи первого уровня сложности для самостоятельного решения
- •Рекомендательный список литературы Основной
- •Дополнительный
- •Физические основы механики. Основные понятия, определения и законы п 1.1. Кинематика и динамика
- •9) Полное ускорение a:
- •10) Среднее ускорение при неравномерном движении:
- •1) В подвижной
- •2) В неподвижной
- •В случае переменной массы
- •П 1.2. Волновые процессы. Акустика
- •П 1.3. Энергия, работа, мощность. Законы сохранения в механике
- •П 1.4. Поле тяготения. Движение в поле центральных сил
- •П 1.5. Основы специальной теории относительности
- •Приложение 2 Основы молекулярной физики и термодинамики. Основные понятия, определения и законы п 2.1. Конденсированное состояние. Кинематика и динамика жидкостей
- •П 2.2. Основные понятия, определения и законы молекулярной физики и термодинамики
- •П 2.3. Статистический метод исследования
- •П 2.4. Основы термодинамики
- •П 2.5. Реальные газы. Фазовые равновесия и превращения
- •2.6. Кинетические явления
- •Приложение 3 Правила приближённых вычислений
- •Приложение 4
2.6. Кинетические явления
Кинетические явления (явления переноса) – необратимые процессы, сопровождающиеся переносом какой–либо физической величины, в результате перехода любой системы из неравновесного состояния в равновесное состояние.
Кинетические явления в молекулярной физике – вязкость, теплопроводность, диффузия.
Вязкость (внутреннее трение) – явление переноса, в результате которого происходит перенос количества движения (импульса) молекул из одного слоя газа или жидкости в другой.
Сила внутреннего трения в жидкости или газе определяется по формуле Ньютона:
,
где – коэффициент вязкости;
S – площадь соприкасающихся слоев жидкости или газа;
dv/dz – градиент скорости течения жидкости или газа в направлении, перпендикулярном направлению течения;
Коэффициент динамической вязкости – физическая величина, численно равная силе внутреннего трения между двумя слоями жидкости или газа единичной площади при градиенте скорости, равном единице:
или ,
где n0 – число молекул в единице объема;
u – средняя скорость теплового движения молекул;
m – масса молекулы;
– средняя длина свободного пробега молекул;
=n0m – плотность жидкости или газа.
Коэффициент кинематической вязкости – отношение динамической вязкости к плотности вещества
ν=η/ρ.
Диффузия – это процесс взаимного проникновения молекул (атомов) постороннего вещества, обусловленный их тепловым движением. Диффузия всегда сопровождается переносом массы вещества. Она характерна для газов, жидкостей и твердых тел.
Самодиффузия – процесс взаимного проникновения собственных молекул (атомов), обусловленный их тепловым движением.
Закон диффузии (первый закон Фика):
,
где D – коэффициент диффузии;
dс/dz – скорость изменения (градиент) концентрации в направлении z;
«минус» – показывает, что масса переносится в направлении убывания концентрации данной компоненты.
Коэффициент диффузии. Физическая величина, числено равная массе переносимого вещества через единичную площадку в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице:
,
где <v> – средняя арифметическая скорость молекул;
<> – средняя длина свободного пробега молекул.
Теплопроводность – процесс переноса энергии между контактирующими телами или двумя поверхностями одного и того же тела, возникающий из–за разности температур.
Закон теплопроводности (закон Фурье) – количество тепла dQ, перенесенное через площадку dS за время dt равно
,
где χ – коэффициент теплопроводности;
dT/dz – скорость изменения (градиент) температуры в направлении z.
Коэффициент теплопроводности. Физическая величина, которая показывает, какое количество тепла переносится через единичную площадку в единицу времени при градиенте температур, равном единице:
,
где cv – удельная теплоемкость при постоянном объеме.
Тепловой поток. Физическая величина, которая показывает, какое количество тепла, переносится в единицу времени через площадь dS при градиенте температуры dT/dz:
.
Связь между коэффициентами теплопроводности, диффузии и вязкости:
; =D; .