Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика

После изучения раздела студенты должны:

Знать: основные положения МКТ; определения температуры, изопроцессов, давления, внутренней энергии тела, количества теплоты, первое начало термодинамики, фазовых состояний и фазовых переходов; способы измерения внутренней энергии; способы определения относительной влажности; особенности строения газообразных, жидких и твердых тел.

Уметь: решать задачи на расчет по уравнениям: основное уравнение МКТ, Менделеева-Клапейрона, работы газа при изобарном расширении, первое начало термодинамики; строить графики изопроцессов.

Теоретические вопросы:

1. Основные положения МКТ.

2. Опыт Штерна.

3. Характеристики газообразного вещества.

4. Давление газа, вакуум.

5. Основное уравнение МКТ.

6. Температура - мера средней кинетической энергии.

7. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

8. Изопроцессы, их графики.

9. Теплообмен, измерение внутренней энергии.

10. Первое начало термодинамики.

11. Понятие фазы вещества.

12. Влажность воздуха.

13. Точка росы.

14. Кипение.

15. Характеристики жидкого состояния вещества. Смачивание, капиллярные явления.

16. Характеристики твердого состояния вещества.

17. Плавление и кристаллизация.

Практические задания:

1.Определить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул воздуха при нормальных условиях (Т=273 К, р=10⁵ Па). Концентрация молекул воздуха 2,7 10²⁵ м^-3.

Дано: Т0=273 К р0=10^5 Па n0=2,7 10^25 м^-3	Решение: р=2/3 nЕк Ек=3р/2n Ек=3 10^5/2 2,7 10^25=5,6 10^-21 Дж
Ек-?

2.Определить плотность кислорода при температуре 320 К и давлении 4 10⁵ Па (R=8,31 Дж/моль К).

Дано: Т=320 К р=4 10^5 Па м=32 10^-3 кг/моль R=8,31 Дж/моль К	Решение: r=m/V PV=(m/M)RT P=(m/VM)RT P=(r/M)RT r=PM/RT r=4 10^5 32 10^-3/8,31 320=4,81 кг/м^3
r-?

3.При изобарном расширении объем увеличился на 0,4 м³. Давление 10⁵Па, определить какую работу при этом совершила система.

Дано: р=10^5 Па DV=0,4 м^3	Решение: А=рDV А=10^5 0,4=40 кДж
А-?

4.Системе сообщено 2 кДж теплоты при этом внутренняя энергия увеличилась на 0,5 кДж. Какая работа при этом была совершена. Какой системой?

Дано: Q=2 лДж U=0,5 кДж	Решение: U=Q-A A=Q-U A=2-0,5=1,5 кДж
А-?

Раздел 3. Основы электродинамики

После изучения раздела студенты должны:

Знать: свойства электрического и магнитных полей; законы Кулона, сохранения заряда, Ома, Ампера, Лоренца; физический смысл Е, j, e, U, ЭДС, I, R, C, r, m, В; соединения параллельное и последовательное; природу электрического тока в средах.

Уметь: решать задачи на расчет: силы Кулона, Е, R, U, I, r; собирать простейшие электрические цепи и опытным путем определять основные характеристики электрической цепи; графически изображать электрическое и магнитное поля.

Теоретические вопросы:

1. Явление электризации тел.

2. Электрический заряд, закон сохранения заряда.

3. Закон Кулона.

4. Напряженность электрического поля.

5. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

6. Постоянный электрический ток. Условия, необходимые для возникновения тока.

7. Закон Ома для участка цепи (с ЭДС и без ЭДС).

8. Электрическое сопротивление проводника, зависимость сопротивления от температуры.

9. Термоэлектронная эмиссия.

10. Электролиз.

11. Электрический ток в газах и вакууме.

12. Электрический ток в полупроводниках.

13. Постоянные магниты.

14. Магнитная индукция.

15. Сила Ампера.

16. Электромагнитная индукция.

Практические задания:

1.С какой силой действует однородное электрическое поле, напряженность которого 2000 Н/К, на заряд 5 10^-6 Кл?

Дано: q=5 10^-6 Кл Е=2000 Н/К	Решение: Е=F/q F=Eq F=2000 5 10^-6=0,01 Н
F-?

2.Определить напряженность на концах проводника сопротивлением 50 Ом, по которому идет ток 2 А.

Дано: R=50 Ом I=2 А	Решение: U=RI U=50 2=100 В
U-?

3.Два проводника соединены параллельно сопротивление первого 120 Ом и по нему проходит ток 3 А. Определить силу тока проходящую через резистор R₂=90 Ом.

Дано: R1=120 Ом I1=3 А R2=90 Ом	Решение: U=R1 I1=R2I2 т.к. соединение параллельное U=120 3=360 В I2=U/R2 I2=360/90=4 А
I2-?

4.ЭДС источника электрической энергии равна 100 В. При внешнем сопротивлении 49 Ом сила тока в цепи 2 А. Определить внутренне сопротивление источника тока.

Дано: R=49 Ом I=2 А e=100 В	Решение: I=e/R+r r=(e/I)-R r=(100/2)-49=1 Ом
r-?

5.На проводник с активной длиной 40 см помещенный в однородное магнитное поле индукцией 0,8 Тл, действует сила 1,6 Н. Определить ситу тока в проводнике при условии, что он расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Дано: L=0,4 м В=0,8 Тл F=1,6 Н	Решение: F=IBLSina Sin a=1 I=F/BL I=1,6/0,4 0,8=5 F
I-?