Реальные газы
Реальные газы. Уравнение Ван –дер- Ваальса.
Внутренняя энергия реального газа.
Критическая точка.
Строение жидкостей.
Поверхностное натяжение.
Давление под изогнутой поверхностью жидкости.
Явления на границе раздела жидкости и твердого тела.
Капиллярные явления.
Твердые тела. Трансляционная симметрия.
Типы кристаллических решеток.
Физические типы кристаллических решеток.
Жидкие кристаллы.
Явления переноса
Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость).
Средняя длина свободного пробега.
Диффузия в газах.
Теплопроводность газов.
Вязкость газов.
Испарение и конденсация.
Равновесие жидкости и насыщенного пара.
Критическое состояния.
Плавление и кристаллизация.
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
Тройная точка. Диаграмма состояния.
Развернутое изложение методов решения физических задач по молекулярной физике
Прежде чем решать задачу на конкретный раздел, надо повторить теоретический материал в соответствии с приведенными выше основными физическими понятиями. Далее следует начинать анализ задачи с выяснения того, что является объектом изучения, какие тела или системы тел описывают исследуемый процесс, какие величины его определяют, каково направление процесса. Только после этого можно установить, каким физическим законам подчиняются описываемые явления. Такой анализ позволяет в конечном счете выбрать оптимальный метод решения поставленной задачи. Для исследования физических систем в молекулярной физике и термодинамике существует два метода: термодинамический и статистический.
В основе термодинамического метода лежит несколько фундаментальных законов, полученных из опыта. Это, во первых, уравнение состояния:
F(P,V,T)=0.
Для
идеального газа это уравнение превращается
в уравнение Менделеева – Клапейрона:
Уравнения состояния справедливы только для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. В этом состоянии физическая система характеризуется вполне определенным и одним и тем же значением всех ее параметров. Эти параметры называют макропараметрами, а само состояние – макросостоянием.
Основу термодинамического метода составляют первое и второе начало термодинамики. По первому началу:
где
-элементарное количество теплоты, полученное системой.
С – ее молярная теплоемкость, dU- изменение внутренней энергии системы,
-
элементарная работа, совершаемая
системой.
Первое начало термодинамики в такой форме справедливо для элементарных квазистатических процессов. В результате квазистатического процесса система проходит через последовательный ряд равновесных состояний. Так как равновесное состояние системы может быть изображено точкой в некоторой системе координат, то квазистатический процесс в этой системе координат представляется некоторой линией. Графическое изображение различных процессов очень часто используют при решении задач термодинамическим методом.
Количество теплоты и работа являются характеристиками процессов теплопередачи и совершения работы. Эти процессы различны: первый происходит на микроуровне (в результате взаимодействия микрообъектов), второй – на макруровне (в результате взаимодействия макротел). Процесс теплопередачи называют элементарным, если изменение температуры столь мало, что теплоемкость С можно считать постоянной. Тогда количество теплоты можно рассчитывать по формуле, приведенной выше. Для расчета количества теплоты в случае неэлементарного процесса теплопередачи применяют метод интегрирования:
Для вычисления этого интеграла необходимо знать зависимость теплоемкости С от других параметров.
Процесс совершения работы называют элементарным, если изменение объема столь мало, что давление можно считать постоянным. Для неэлементарной работы также используют метод интегрирования.
Основная задача термодинамики равновесных процессов заключается в нахождении всех макросостояний физической системы. Если начальное и конечное состояния системы известны, можно определить изменение ее внутренней энергии. Если известны и промежуточные состояния, то можно найти работу, совершенную системой, рассчитать количество полученной теплоты и т.п.
Образцы решения задач по молекулярной физике