Пояснения к рабочей программе

Приступая к изучению раздела «Основы молекулярной физики и термодинамики», студенты должны уяснить, что существуют два качественно различных и взаимодополняющих метода исследования физических свойств макроскопических систем — статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Молекулярно-кинетический метод исследования лежит в основе молекулярной физики, термодинамический — в основе термодинамики. Молекулярно-кинетическая теория является важнейшей теорией, которая позволяет с единой точки зрения рассмотреть самые различные явления во всех состояниях вещества, вскрыть физическую сущность этих явлений и теоретическим путем вывести многочисленные закономерности, от­крытые экспериментально и имеющие большое практическое зна­чение.

При изучении молекулярно-кинетической теории следует уяснить, что свойства огромной совокупности молекул отличны от свойств каждой отдельной молекулы и свойства макроскопической системы и конечном счете определяются свойствами частиц системы, особен­ностями их движения и средними значениями кинематических ха­рактеристик частиц, т. е. их скоростей, энергий и т. д.

В отличие от молекулярно-кинетической теории термодинамика не изучает конкретно молекулярные взаимодействия, происходящие с отдельными атомами или молекулами, а рассматривает взаимопре­вращения и связь различных видов энергии, теплоты и работы. Термодинамика базируется на двух опытных законах (началах), кото­рые позволяют описывать физические явления, связанные с превращением энергии макроскопическим путем.

При изучении основ термодинамики студент должен четко усвоить такие понятия, как термодинамическая система, термодинамические параметры (параметры состояния), равновесное состояние, уравнение состояния, термодинамический процесс, внутренняя энергия, энтропия и т. д.

Контрольная работа № 2 построена таким образом, что она дает возможность проверить знания студентов по основным вопросам данного раздела.

В задачах на тему «Основы молекулярно-кинетической теории» внимание уделено таким вопросам программы, как уравнение Клапейрона-Менделеева, уравнение молекулярно-кинетической теории, средние кинетические энергии поступательного и вращательного движения молекул, средняя длина свободного пробега и среднее число соударений, явления переноса.

Задачи по теме «Основы термодинамики» охватывают такие важные соотношения и понятия, как первое начало термодинамики, внутренняя энергия, работа при различных изопроцессах и адиабатном процессе. Включены также задачи, которые позволяют изучить и понять такие вопросы, как второе начало термодинамики и энтропия идеального газа, являющаяся в отличие от количества теплоты функцией состояния. В работе представлены задачи на определение КПД цикла Карно, изменение энтропии, на уравнение Ван-дер-Ваальса, которое объясняет отличие свойств реальных газов от идеальных.

Основные законы и формулы:

Количество вещества v=N/N_A или v=m/M

Уравнение Клапейрона-Менделеева (уравнение состояния идеального газа)

pV=(m/M)RT

Закон Дальтона p=p₁+p2+….+p_n

Концентрация молекул n=N/V=N_Aρ/M

Уравнение молекулярно-кинетической теории газов p=1/3 nm₀<v_кв>²=2/3n<ε_пост>=nkt

Средняя кинетическая энергия молекулы <ε>=ikT/2

Внутренняя энергия идеального газа U=imRT/(2M)

Скорости молекул:

средняя квадратичная <v>=

v_B=

средняя арифметическая <v_кв>=

Средняя длина свободного пробега молекулы <λ>=

Среднее число соударений молекулы за 1 с <Z>= <v>

Распределение молекул в потенциальном поле сил (распределение Больцмана)

n=n₀ e^-E_П ^/(kT)

Барометрическая формула p=p₀ e ^–mg(h-h₀^)/(kT)

Уравнение диффузии (закон Фика)
Сила внутреннего трения в жидкости и газе
Уравнение теплопроводности
Коэффициент диффузии	D=1/3<v><λ>
Коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость)	η=1/3ρ<λ><v>=Dρ
Коэффициент теплопроводности	λ=1/3cvρ<λ><v>=ηcv
Уравнение Майера	Cp-Cv=R
Теплоемкость молярная:
Изохорная	Cv=iR/2; Cv=cvM
Изобарная	Cp=(i+2)R/2; Cp=cpM
Первое начало термодинамики	Q=∆U+A
Работа расширения газа при:
Изобарном процессе	A=p(V2-V1)=(m/M)R(T2-T1)
Изотермическом процессе	A=
Адиабатном процессе	A=
Уравнение Пуассона, связывающие параметры идеального газа при адиабатном процессе	pVγ=const; TVγ-1=const;
Коэффициент полезного действия цикла Карно
Изменение энтропии
Уравнение Ван-дер-Ваальса

Критические параметры p_кр = ; Т_кр = ; V_кр=3b

Собственный объем молекулы V=