3. Число степеней свободы молекулы. Расчет внутренней энергии иг. Расчет теплоемкости иг.
Числом
степеней свободы молекулы (i)
называют число независимых координат,
необходимых для описания положения
молекулы в пространстве. Число степеней
свободы совпадает с числом независимых
движений, в которых может участвовать
молекула.
Так у одноатомной молекулы три степени
свободы и она может участвовать в трех
независимых поступательных движениях.
У двухатомной молекулы
, из них
. У трехатомной молекулы
, из них
.
При температурах ненамного выше комнатной
(300 К) молекулы газа ведут себя как
жесткие, то есть колебательные степени
свободы себя не проявляют. Зная число
степеней свободы молекулы, можно
рассчитать внутреннюю энергию ИГ. Это
делают на основе теоремы Больцмана: в
состоянии термодинамического равновесия
системы средняя энергия, которая
приходится на одну поступательную и
одну вращательную степень свободы равна
,
а на одну колебательную степень свободы
-
.
Тогда средняя энергия жесткой молекулы
равна
.
Если число молекул в газе
,
то внутренняя энергия ИГ
.
Удельная изохорическая теплоемкость
.
Из уравнения Майера получим
.
(
§50;
§§42-47)
Лк 10.
1.Фазы,
фазовые равновесия, фазовые переходы.
Фазой
называют часть системы, которую можно
механически от нее отделить. Примерами
различных фаз являются агрегатные
состояния системы. Компонентой называют
независимую часть системы. Правило
фаз Гиббса:
в состоянии термодинамического равновесия
максимальное число фаз не больше числа
компонент на 2.Фазовые
переходы первого рода это переходы из
одной фазы в другую при условии теплообмена
с внешними телами. Это, например, переходы
из одного агрегатного состояния в
другое. Переходы второго рода происходят
без теплообмена. Это, например, переход
из ферромагнитного состояния в
парамагнитное. Парообразование
и конденсация.
Наблюдения показывают, что в открытой
системе количество жидкости уменьшается.
Происходит парообразование со свободной
поверхности жидкости. Этот процесс
называют испарением.
Испарение обусловлено выходом молекул
из жидкости в пространство над ней.
Молекулы, вышедшие из жидкости, образуют
пар. Молекулы пара могут возвращаться
в жидкость. Этот процесс обуславливает
конденсацию – переход из газообразного
состояния в жидкое. В закрытом сосуде
(закрытой системе) при данной температуре
наступает термодинамическое равновесие.
Процессы парообразования и конденсации
уравновешивают друг друга. Насыщенным
паром называют
пар, находящийся в равновесии со своей
жидкостью. В отличие от ИГ давление
насыщенного пара не зависит от объема,
а при увеличении температуры растет
быстрее, чем у ИГ. Если к системе при
постоянной температуре подводить
количество теплоты, то жидкость будет
превращаться в насыщенный пар. Процесс
парообразования является
изотермо-изобарическим. Первое начало
термодинамики для процесса парообразования
имеет вид:
.
Зависимость давления насыщенного пара
от температуры в дифференциальной форме
выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса:
.
Кипение это парообразование, происходящее
изнутри жидкости. При кипении насыщенный
пар выносится из жидкости всплывающими
пузырьками. Условием кипения является
равенство давления насыщенного пара
атмосферному давлению. Поэтому при
данном атмосферном давлении жидкость
кипит при определенной температуре.
(
§§74,75;
§§64-70)
2.
Изотермы реального газа. Изотермы
Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние
вещества. Области на диаграмме (РV).
Диаграмма равновесных состояний
однокомпонентной системы в координатах
Р,Т.
(
§§60-62,76)
3.Тепловые
свойства твердых (кристаллических) тел.
Плавление
и кристаллизация.
Структура
кристаллов. Типы кристаллических
решеток. Тепловое движение в кристаллах.
Дефекты кристаллических решеток.
Тепловое расширение твердых тел. Аморфные
тела .
(
§§70-74;
§§53-57,59,60)
