ЕЛАБУЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Ф.М.САБИРОВА
ЛЕКЦИИ
ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Молекулярная физика. Термодинамика.
Елабуга
2005
Печатается по решению Ученого совета Елабужского государственного педагогического университета.
Кафедра общей физики
Рецензенты:
зав.кафедрой общей физики, канд. физ.-мат. наук, доцент ЕГПИ
Насыбуллин Р.А.,
профессор НГПИ, доктор физ.-мат. наук
Габбасов Н.С.
Сабирова Ф.М. Лекции по курсу общей физики. Молекулярная физика. Термодинамика./ Учебно-методическое пособие для студентов физико-математического факультета педвуза. Елабуга: изд-во Елабужского пед. ун-та, 2005.– 102 с.
Пособие предназначено для организации самостоятельной и аудиторной работы на лекционных и семинарских занятиях по курсу общей физики со студентами физико-математического факультета педагогического института. Материал распределен по темам, изучаемым в данном разделе курса общей физики: основы молекулярно-кинетической теории газов; явления переноса в газах; первое начало термодинамики, второе начало термодинамики; реальные газы; жидкости; твердые тела. Пособие может быть рекомендовано и школьным учителям физики, работающим с выпускниками, готовящимися к поступлению в вуз, так как названный раздел курса общей физики содержится в программах вступительных экзаменов по физике.
Елабужский государственный педагогический университет, 2005
Введение
1. Статистический и термодинамический методы исследования вещества.
Молекулярная физика и термодинамика – разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Примером макроскопических систем могут служить газы, жидкости, твердые тела, плазма. Размеры атомов или молекул по сравнению с размерами макросистем очень малы. Они изменяются в диапазоне от 10-10м (размер атома водорода) до 10-7 м (размер молекулы белка вируса). Органы чувств человека не позволяют различать размеры, форму, энергию и импульс отдельных молекул. Однако ряд экспериментов косвенно, а в отдельных случаях прямо позволяет это сделать. К прямым методам наблюдения молекул относятся методы современной микроскопии: электронной, ионной, голографической. Косвенные методы наблюдения: броуновское движение, давление газа на стенки сосудов, диффузия газов и жидкостей, вязкое трение и др. Все эти явления могут быть объяснены, если считать, что вещества: а) состоят из атомов и молекул, б) находятся в состоянии непрерывного беспорядочного движения и в) между ними действуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания.
Для исследования макроскопических процессов применяют два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй – термодинамики.
Молекулярная физика – раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении и взаимодействующих между собой по определенным законам. Здесь макроскопические свойства тел рассматриваются как проявление суммарного действия молекул. При этом в теории пользуются статистическими методом, интересуясь не движением отдельных молекул, а лишь такими средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда другое ее название - статистическая физика.
Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. Термодинамика не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический, или феноменологический, метод отличается от статистического.
Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое, но отличаясь различными методами исследования. Оба метода должны давать одинаковые результаты относительно свойств и состояния вещества в аналогичных условиях и, следовательно, между параметрами вещества, описывающими его состояние в молекулярно-кинетической теории и в термодинамике, должна существовать закономерная взаимосвязь.
Основными параметрами вещества в молекулярно-кинетической теории (МКТ) являются параметры, относящиеся к микрочастице, в частности, масса микрочастиц – атомов, молекул, их размер, скорости их движения и характер взаимодействия, а также количество частиц в веществе или количество частиц в единице объема вещества (концентрация).
Основными термодинамическими (ТД) параметрами вещества являются температура, давление, масса вещества, объем, внутренняя энергия и ряд других.