double arrow

Конспект для подготовки к экзамену по физике

Билет №1.

1. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа.

2. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Электризация и способы электризации.

3. Задача на первый закон термодинамики.

4. Задача на удельное сопротивление проводника.

Билет №2.

1. Газовые законы. Объединенный газовый закон. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Однородное поле. Электрическое поле точечного заряда.

3. Задача на применение теоремы Гаусса.

4. Задача на смешанное соединение проводников.

Билет №3.

1. Модель идеального газа в молекулярно-кинетической теории. Тепловое равновесие. Температура и ее изменение. Температура как мера средней кинетической энергии молекул.

2. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

3. Задача на силу Лоренца.

4. Задача на свойства жидкостей.

Билет № 4.

1. Работа в термодинамике. Расчет работы по графикам процессов. Первый закон термодинамики.

2. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость.

3. Задача на уравнение Менделеева-Клапейрона.

4. Задача на капиллярные явления.

Билет №5.

1. Испарение и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пар. Свойства насыщенного пара. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха. Точка росы.

2. Электрическая емкость. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Емкость плоского конденсатора. Энергия заряженного конденсатора.

3. Задача на явление электромагнитной индукции.

4. Задача на механику жидкости и газа.

Билет №6.

1. Количество теплоты. Удельная теплота плавления и отвердевания. Удельная теплота парообразования и конденсации. Уравнение теплового баланса.

2. Электрический ток в полупроводниках. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход и его применение.

3. Задача на параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

4. Задача на тепловое расширение твердых и жидких тел.

Билет №7.

1. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Виды теплопередачи. Внутренняя энергия идеального газа.

2. Электрический ток. Условия существования электрического тока. ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

3. Задача на определение напряженности электрического поля.

4. Задача на закон электромагнитной индукции.

Билет №8.

1. Свойства поверхности жидкости. Поверхностная энергия. Сила поверхностного натяжения. Влияние примесей на поверхностное натяжение.

2. Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Применение электролиза.

3. Задача на основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

4. Задача на определение параметров электрической цепи.

Билет №9.

1. Кристаллические и Аморфные тела, их свойства. Виды кристаллов. Их свойства. Анизотропия.

2. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряд. Типы самостоятельных разрядов. Понятие о плазме.

3. Задача на абсолютную и относительную влажность.

4. Задача на определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Билет №10.

1. Измерение скорости молекул. Опыт Штерна. Распределение Максвелла.

2. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Вакуумный диод. Электронно-лучевая трубка.

3. Задача на уравнение теплового баланса.

4. Задача на свойства твердых тел.

Билет №11.

1. Адиабатный процесс. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу.

2. Природа электрического тока в металлах. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость.

3. Задача на изменение агрегатного состояния вещества.

4. Задача на закон электролиза.

Билет №12.

1. Теплоемкости идеального газа в различных процессах.

2. Работа сил электрического поля. Работа в однородном поле и в поле точечного заряда. Работа поля и потенциальная энергия поля.

3. Задача на КПД теплового двигателя.

4. Задача на расчет шунта и добавочного сопротивления.

Билет №13.

1. Тепловой двигатель. Принцип действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя. Цикл Карно. Способы повышения КПД теплового двигателя.

2. Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Сила Ампера.

3. Задача на закон Кулона.

4. Задача на уравнение теплового баланса.

Билет №14.

1. Смачивание и несмачивание. Капиллярность. Высота поднятия жидкости в капилляре.

2. Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции, магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

3. Задача графическая на газовые законы.

4. Задача на закон Джоуля-Ленца.

Билет №15.

1. Основные положения МКТ и их опытные обоснования. Диффузия, Броуновское движение. Размер и масса молекул. Количество вещества, постоянная Авогадро.

2. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

3. Задача на электроемкость конденсаторов.

4. Задача на построение графиков процессов, происходящих с идеальным газом.

Билет №16.

1. Изопроцессы. Графики изопроцессов.

2. Закон Кулона. Опыт Кулона.

3. Задачи на разветвленные электрические цепи.

4. Задача на расчет энергии магнитного поля тока.

_____________________________________________________________________________________________

Билет №1.

1. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа.

2. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Элементарный заряд. Закон сохранения заряда. Электризация и способы электризации.

3. Задача на первый закон термодинамики.

4. Задача на удельное сопротивление проводника.

_____________________________________________________________________________________________

1. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа.

Для вывода основного уравнения MKT рассмотрим одноатомный идеальный газ, находящийся в термодинамическом равновесии, т.е. в состоянии, в котором все макроскопические параметры остаются неизменными во времени и по всему объему.

Представим себе сосуд в виде куба с длиной ребра a (см. рис), в котором беспорядочно движутся N молекул массой m 0 каждая.Удары молекул обусловливают давление газа на стенки.Ввиду беспорядочности движения молекул результат их удара о стенки таков, как если бы 1/3 всех молекул двигалась прямолинейно вдоль оси Ox, 1/3 молекул вдоль оси Оу и 1/3 молекул —вдоль оси Oz, причем в положительном направлении оси движется 1/6 молекул.

Отдельная молекула, летящая перпендикулярно к одной из стенок со скоростью υ, в результате упругого удара ее импульс изменится (по закону сохранения импульса):

Δ px = pp 0= m 0 υx −(− m 0 υx)=2 m 0 υx

Это изменение импульса согласно второму закону Ньютона определит импульс силы F, действующей со стороны стенки на молекулу:

F Δ tpx =2 m 0 υx, где Δ t — продолжительность удара.

F Δ t =2 m 0 υx - это для 1 молекулы, тогда для N в сосуде будет справедлива формула:

FΔt= Nm0υx, где N – это количество молекул.

P =– давление газа на стенку сосуда.

PSΔt= Nm0υx

N=nV, где n - это концентрация молекул газа.

PSΔt= nVm0υx

PΔt= nam0υx

P= nm0υx

Так как средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы Wk =, то

P= nWk

2. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Элементарный заряд. Закон сохранениязаряда. Электризация и способы электризации.

Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Существует 2 вида зарядов: положительный и отрицательный. При одинаковых знаках заряда тела отталкиваются, а при разных – притягиваются. Положительным зарядом обладает протон, а отрицательным электрон. Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элементарные частицы.

Закон сохранения электрического заряда:

Алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.

Электризация тел – это процесс превращения электрически нейтрального тела в заряженное тело.

Существуют различные способы электризации тел:

  • трение
  • удар

· соприкосновение

· наводка (индуцирование)

Свойства заряда:

· двойственность («+» и «-»)

· аддетивность (можно складывать)

· дифференцируемость или квантование (можно разделить на N элементарных зарядов)

· инвариантность к любой системе отсчета (движущейся со скоростью, меньшей скорости света)

· сохранение заряда в замкнутой системе

_____________________________________________________________________________________________

Билет №2.

1. Газовые законы. Объединенный газовый закон. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Однородное поле. Электрическое поле точечного заряда.

3. Задача на применение теоремы Гаусса.

4. Задача на смешанное соединение проводников.

___________________________________________________________________________________________

1. Газовые законы. Объединенный газовый закон. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Изменение одного из макроскопических параметров вещества определенной массы - давления p, объема V или температуры t - вызывает изменение остальных параметров.

Если одновременно меняются все величины, то на опыте трудно установить какие-либо закономерности. Проще сначала изучить процессы, в которых масса и один из трех параметров - p, V или t - остаются неизменными.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа одной и той же массы при неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.

Объединенный газовый закон.

Для заданного количества вещества:

Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Для одного моль идеального газа, справедлива формула:

pVM = RT, где VM - это молярный объем.

Пусть теперь количество газа равно не 1 моль, а произвольному числу молей u = , где m - масса газа, а M - его молекулярная масса. Объем V этого количества вещества при тех же значениях давления и температуры равен:

V = VM

Отсюда получаем, уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV = RT

2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности электрического поля.

Принцип суперпозиции полей. Однородное поле. Электрическое поле точечного заряда.

Электрическое поле материально: оно существует независимо от нас, от наших знаний о нем. Электрическое поле обладает определенными свойствами. Главное свойство электрического поля - действие его на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ними связано.

Свойства электрического поля:

· оно материально

· оно действует на внесенный в него электрический заряд

· оно создается электрическим зарядом и неразрывно связано с ним. Оно существует вблизи заряда.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду в любой точке поля не зависит от помещенного заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту силовую характеристику поля называют напряженностью электрического поля. Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует точечный заряд, к этому заряду.

Линии напряженности электрического поля - это непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности. Силовые линии электростатического поля не замкнуты; они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

Принцип суперпозиции полей: если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля, напряженности которых E1, E2, E3 и т.д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна их алгебраической сумме.

E = E1 + E2 + E3 +...

Поля удовлетворяющие это принципу называются линейными.

Электрическое поле, напряженность которого одинаково во всех точках пространства, называется однородным.

Напряженность поля точечного заряда. Найдем напряженность поля, создаваемого точечным зарядом q. Этот заряд действует на другой заряд Q с силой, согласно закона Кулона равной:

F = k, где r - это радиус-вектор, проведенный от заряда q к заряду Q.

Напряженность поля точечного заряда q на расстоянии r от него равна:

E = k

Вектор напряженности в любой точке электрического поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд, - от заряда если q > 0, и к заряду, если q < 0.

___________________________________________________________________________________________

Билет №3.

1. Модель идеального газа в молекулярно-кинетической теории. Тепловое равновесие. Температура и ее изменение. Температура как мера средней кинетической энергии молекул.

2. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

3. Задача на силу Лоренца.

4. Задача на свойства жидкостей.

___________________________________________________________________________________________

1. Модель идеального газа в молекулярно-кинетической теории. Тепловое равновесие. Температура и ее изменение. Температура как мера средней кинетической энергии молекул.

Реальный газ - достаточно сложная система. Поэтому в физике рассматривают простейшую физическую модель реального газа - идеальный газ (физическая модель - это упрощенная схематическая копия исследуемой реальной системы). В молекулярно-кинетической теории идеальным газом называют газ, состоящий из молекул, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало. Т.е среднее расстояние между молекулами во много раз больше их размеров.

Идеальный газ – модель реального газа. Молекулы этого газа – крошечные шарики, не взаимодействующие друг с другом; точнее кинетическая энергия молекул много больше потенциальной энергии их взаимодействия.

Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами с различной температурой. Из этого можно сделать очень важный вывод о существовании очень важного свойства тепловых явлений. Тело при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. Тепловым или термодинамическим равновесия называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, находящиеся в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и тоже значение. Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул в макроскопических телах. При столкновении быстро движущихся молекул с медленно движущимся такой же массы скорости быстрых молекул уменьшаются, а медленных - увеличивается. За счет бесчисленных соударений средние кинетические энергии молекул выравниваются и при тепловом равновесии имеют одно и то же значение как для молекул одинаковой массы, так и для молекул разных масс.

2. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональна самому заряду. Это справедливо как для однородного, так и для любого другого. В частности, потенциальная энергия заряда q2 в поле точечного заряда q1 пропорциональна заряду q2. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую количественную характеристику электростатического поля - потенциал, не зависящую от помещенного в поле заряда. Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. ϕ =

Т.к. потенциальная энергия Wp = qϕ, то работа равна:

A = - (Wp2 - Wp1) = -q(ϕ1 - ϕ2) = -qΔϕ

Тогда получаем: ϕ2 - ϕ1 = Δ ϕ - это разность потенциалов.

Под разностью потенциалов (обозначается буквой U) понимают разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории. U = ϕ1 - ϕ2 = -Δ ϕ =

Разность потенциалов (напряжение) межу двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду. Разность потенциалов между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж.

При перемещении заряда под углом 90˚ к линиям напряженности электрическое поле не совершает работы, так как сила перпендикулярна перемещению. Значит, если провести поверхность, перпендикулярную в каждой точке линиям напряженности, то при перемещении заряда вдоль этой поверхности работа не совершается. А это, в свою очередь, означает, что все точки поверхности, перпендикулярной линиям напряженности, имеют один и тот же потенциал. Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными. Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле. Ведь силовые линии перпендикулярны поверхностям проводника. Причем не только поверхность, но и все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал. Напряженность поля внутри проводника равна нулю, значит, равна нулю и разность потенциалов между любыми точками проводника.

Потенциал имеет ряд преимуществ.

1. Напряженность поля E - вектор, значение которого определяется полностью 3 независимыми величинами - проекциями вектора на координатные оси. Потенциал - скаляр. Для задания его нужна только одна величина.

2. Подобно тому как опасность со стороны падающего камня непосредственно определяется не силой тяжести, а совершенной полем силы тяжести работой, многие процессы определяются не напряженностью электрического поля в данном месте, а разностью потенциалов.

3. Разность потенциалов гораздо легче измерить, чем напряженность поля. Для определения напряженности поля нужно измерить силу, действующую на заряженный шарик. Для этого следует закрепить на пружинках и фиксировать деформацию пружинок при действии поля на заряд. Для измерения разности потенциалов ничего подобного не нужно.

______________________________________________________________________________________________________

Билет № 4.

1. Работа в термодинамике. Расчет работы по графикам процессов. Первый закон термодинамики.

2. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость.

3. Задача на уравнение Менделеева-Клапейрона.

4. Задача на капиллярные явления.

______________________________________________________________________________________________________

1. Работа в термодинамике. Расчет работы по графикам процессов. Первый закон термодинамики.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается и речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. При совершении работы меняется объем тела, а его скорость остается равной нулю. Но скорости молекул тела, например газа, меняется. Поэтому и меняется и температура тела. Итак, при совершении работы в термодинамике меняется состояние макроскопических тел: меняется объем и температура. Вычислим работу в зависимости от изменения объема на примере газа в цилиндре под поршнем. Проще всего вначале вычислить не работу силы F, действующей на газ со стороны внешнего тела (поршня), а работу, которую совершает сам газ, действуя на поршень с силой F'. Согласно третьему закону Ньютона: F = -F'. Модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен F' = pS, где p - давление газа, S - площадь поверхности поршня. Пясть газ расширяется и поршень смещается в направлении силы на малое расстояние Δh = h2 - h1. Если перемещение мало, то давление газа можно считать постоянным. Работа газа равна:

A' = F'Δh = pS(h2 - h1) = p(Sh1 - Sh2)

Эту работу можно выразить через изменение работы газа. Начальный объем V1 = Sh1, а конечный V2= Sh2. Потому

A' = p(V2 - V1) = pΔV, где ΔV = V2 - V1 - изменение объема газа.

При расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и перемещения совпадают. Работа A, совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы газа A' только знаком: A = A', так как сила F, действующая на газ, направлена против силы F', а перемещение остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил, действующих на газ, равна:

A= -A' = -pΔV

Знак минус указывает, что при сжатии газа, когда ΔV = V2 - V1 < 0, работа внешней силы положительна. Понятно, почему в этом случаи A > 0: при сжатии газа направления силы и перемещения совпадают. При расширении газа, наоборот, работа внешних сил отрицательна (A < 0), так как

ΔV = V2 - V1 < 0, теперь направления силы и перемещения противоположны.

Работа газа A' для случая постоянного давления можно дать простое геометрическое истолкование. Построим график зависимости давления газа от объема. Здесь площадь прямоугольника ABCD, ограниченная графиком pBC = const, осью V и отрезками AB и CD, равными давлению газа, численно равна работе.

В общем случае при произвольном изменении объема газа давление не остается неизменным. Например, при изотермическом процессе оно убывает обратно пропорционально объему. В этом случае для вычисления работы нужно общее изменение объема разделить на малые части, вычислить элементарные (малые) работы, а потом все их сложить. Работа газа по-прежнему будет численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости p от V, осью V и отрезками V1 и V2, равными делениями p1 и p2 в начальном и конечном состояниях.

Изменение полной энергии (механической E и внутренней U) при переходе системы из начального состояния 1 в конечное 2 равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

(E2 + U2) - (E1 + U1) = A + Q

В теории тепловых явлений обычно рассматривают тела, положение центра масс которых изменяется незначительно. В этом случае механическая энергия практически не меняется: E1 = E2. Считая механическую энергию неизменной, мы можем первый закон термодинамики сформулировать следующим образом:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.

ΔU = A + Q

Часто вместо работы A внешних тел над системой рассматривают работу A' системы над внешними телами. Учитывая, что A' = -A, первый закон термодинамики можно переписать так:

Q = ΔU + A'

Количество теплоты переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

2. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость.

Если к диску электрометра поднести незаряженный диэлектрик, то стрелка электрометра слегка приблизится к стрежню. Это может произойти только в том случае, если диэлектрик, помещенный в электрическое поле заряженного диска, сам создает электрическое поле. Это поле уменьшает заряд диска стрелки и увеличивает заряд диска. Следовательно, диэлектрик, оставаясь нейтральным, создает электрическое поле, напряженность которого направлена противоположно напряженности поля, созданного заряженным телом (согласно принципу суперпозиции полей напряженность поля в данной точке рана алгебраической сумме напряженностей полей).

В отсутствие поля центры положительных и отрицательных зарядов в атомах или молекулах неполярных диэлектриков совпадают. При внесении диэлектрика в поле на отрицательно и положительно заряженные частицы начинает действовать силы, направленные в противоположные стороны. В результате молекула растягивается и происходит смещение центров положительных и отрицательных зарядов. Молекула становится диполем, ось которого направлена вдоль поля. Вследствие этого процесса на поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, также возникают связанные заряды.

Связанный поверхностный заряд создает электрическое поле напряженностью E', направленной в диэлектрике против напряженности внешнего поля E0 зарядов на пластинах. Если напряженность электрического поля обозначить через E, то

E = E0 - E'

Напряженность E' определяется поверхностной плотностью заряда σ'. Каждая поверхность создает электрическое поле напряженностью E'1 = 2π| σ'|. Напряженности полей отрицательно и положительно заряженных поверхностей внутри диэлектрика совпадают по направлению. Поэтому

E' = 4π| σ'|

Опыт показывает, что для многих диэлектриков плотность поверхностного заряда прямо пропорциональна напряженности поля:

| σ'| = αE

Коэффициент пропорциональности α называется поляризуемостью диэлектрика или его диэлектрической восприимчивостью. Он характеризует электрические свойства диэлектрика и простым образом связан с диэлектрической проницаемостью ℰ.

E' = 4παE

E =

Стоящая в знаменателе величина характеризует степень ослабления поля; она показывает, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля в однородном диэлектрике. Это и есть диэлектрическая проницаемость среды:

ℰ = 1 + 4πα

______________________________________________________________________________________________________

Билет №5.

1. Испарение и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пар. Свойства насыщенного пара. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха. Точка росы.

2. Электрическая емкость. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Емкость плоского конденсатора. Энергия заряженного конденсатора.

3. Задача на явление электромагнитной индукции.

4. Задача на механику жидкости и газа.

___________________________________________________________________________________________

1. Испарение и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пар. Свойства насыщенного пара. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха. Точка росы.

Хорошо закупоренный пузырек с чернилами может стоять в шкафу сколь угодно долго, и количество чернил в нем не меняется. То если же пузырек оставить открытым, то, заглянув в него через достаточно продолжительное время, мы увидим, что жидкости в нем нет. В действительность жидкости не исчезают бесследно - они испаряются, превращаются в водяной пар. Те же наблюдения позволяют установить, что испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Скорость испарения тем больше, чем больше площадь свободной поверхности жидкости, выше ее температура и чем быстрее удаляют образовавшиеся над жидкостью пары. Испарение так же ускоряется при уменьшении давления водяных паров, содержащиеся в окружающей среде. Скорость испарения различных жидкостей различна.

Насыщенный пар. В первый момент, после того как мы нальем жидкость в сосуд и закроем его, жидкость будет испарятся, и плотность пара над жидкостью будет увеличиваться. Однако одновременно с этим будет расти и число молекул, возвращающихся в результате хаотического теплового движения обратно в жидкость. В конце концов, устанавливается равновесное состояние: число молекул, покидающих поверхность жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающиеся за то же время в жидкость. Такое равновесие называется динамическим или подвижным. При динамическом равновесии между жидкостью и ее паром одновременно происходит и испарение жидкости, и конденсация пара, и оба процесса в среднем компенсируют друг друга. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Насыщенный пар имеет при данной температуре наибольшее количество молекул в единице объема (а значит, и наибольшую плотность) и оказывает наибольшее давление. Ненасыщенный пар. Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется не насыщенным. у разных жидкостей динамическое равновесие с паром наступает при различной плотности пара. Причина этого заключается в различии сил межмолекулярного взаимодействия. В жидкостях, у которых силы межмолекулярного взаимодействия велики, например к ртути, только наиболее "быстрые" молекулы, число которых незначительно, могут вылетать из жидкости. Поэтому для таких жидкостей уже при небольшой плотности пара наступает состояние равновесия.

Содержание водяного пара в воздухе, т.е атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела. Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называется парциальным давлением водяного пара. Его выражают в единицах давления - паскалях или миллиметрах ртутного столба. Относительной влажностью воздуха ϕ называют отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению p0 насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах:

ϕ = * 100%

Относительную влажность воздуха измеряют с помощью специальных приборов, например психрометр. Он состоит из двух термометров. резервуар одного из них остается сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение, и тем меньшую разницу температур показывают оба термометра. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться, и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур этих термометров с помощью специальных таблиц можно определить влажность воздуха.

Точка росы. При охлаждении влажного воздуха при постоянном давлении его относительная влажность повышается, так как чем ниже температура, тем ближе парциальное давление пара в воздухе к давлению насыщенного пара. В конце концов, пар становится насыщенным. Температура t до которой должен охладится воздух, чтобы находящийся в нем пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении), называется точкой росы. Давление насыщенного пара при температуре воздуха, равной точке росы, и есть парциальное давление водяного пара, содержащегося в его атмосфере. При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса.

Абсолютная влажность и парциальное давление водяного пара связаны уравнением Мендлеева-Клайперона:

где ρ – плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Благоприятное значение влажности для человека 40 – 60%.

2. Электрическая емкость. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Емкость плоского конденсатора. Энергия заряженного конденсатора.

Рассмотрим сферический проводник радиусом r. Пусть он находится очень далеко от других тел, так что его размеры во много раз меньше расстояний до этих тел. Такой проводник называется уединенным. При сообщении шару заряда q в окружающем пространстве возникнет электрическое поле. потенциал шара изменится и станет равным ϕ. Тогда отношение заряда шара к его потенциалу

=

не зависит от заряда и определяется лишь радиусом шара и диэлектрической проницаемостью ℰ окружающей среды. Однако не только для шара, но и для проводника произвольной формы потенциал прямо пропорционален заряду. Поэтому отношение заряда проводника к его потенциалу не зависит от значения заряда и определяется лишь геометрическими размерами проводника, его формой и электрическими свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью ℰ). Электрической емкостью C проводника называется отношение заряда q проводника к его потенциалу ϕ:

C =

Емкость выражается через отношение заряда к потенциалу, но не зависит ни от того, ни от другого. Также емкость не зависит от материала проводника. В СИ единицей емкости является фарад. Емкостью в 1 Ф обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случаи называют обкладками конденсатора. Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Линии напряженности начинаются на положительно заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно заряженной. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:

C =

Электроемкость плоского конденсатора. Обозначим площадь каждой его пластины S, а расстояние между пластинами d. Это разность потенциалов U через заряд q. Эта разность потенциалов определяется напряженностью поля E, которая зависит от зарядов обкладок конденсатора. Модуль результирующей напряженности между обкладками конденсатора равен:

E = 2E1 = k

так как k = и σ = :

E =

U = Ed =

C =

Мы видим, что электроемкость конденсатора зависит от геометрических факторов, но не зависит от материала проводников.

Энергия заряженного конденсатора. Напряженность поля, созданного зарядом одной из пластин, равно , где E - напряженность поля в конденсаторе. В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины. Энергия заряда в однородном электрическом поле энергия конденсатора равна:

Wp = qd, где q - заряд конденсатора, а d - расстояние между пластинами.

Так как Ed = U, где U - разность потенциалов между обкладками конденсатора, то его энергия равна:

Wp = = =

Эти формулы справедливы и для произвольного конденсатора.

_____________________________________________________________________________________________

Билет №6.

1. Количество теплоты. Удельная теплота плавления и отвердевания. Удельная теплота парообразования и конденсации. Уравнение теплового баланса.

2. Электрический ток в полупроводниках. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход и его применение.

3. Задача на параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

4. Задача на тепловое расширение твердых и жидких тел.

_____________________________________________________________________________________________

1. Количество теплоты. Удельная теплота плавления и отвердевания. Удельная теплота парообразования и конденсации. Уравнение теплового баланса.

Количество теплоты. Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей. Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты. Из курса физики известно, что для нагревания тела массой m необходимо передать ему количество теплоты:

Q = cmΔt, где Δt - это разность конечной и начальной температуры тела.

Коэффициент c называют удельной теплоемкость. Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое получает или отдает тело массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К. Удельная теплоемкость зависит не только от свойств вещества, но и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1˚С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме.

Удельная теплота плавления. Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры, называют удельной теплотой плавления λ. Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, необходимо количество теплоты, равное:

Qпл = λm

Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела, равно:

Qкр = -λm

Удельная теплота парообразования и конденсации. Количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар, называют удельной теплотой парообразования, обозначается буквой L. Для превращения жидкости массой m пар требуется количество теплоты, равное:

Qп = Lm

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:

Qк = -Lm

Уравнение теплового баланса. Если тела образуют замкнутую систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных Qп и отданных Q0 энергий равна нулю:

Qп + Qо = 0

Полученная Qn и отданная Q0 теплоты численно равны, но Qn берется со знаком плюс, а Q0 - со знаком минус.

2. Электрический ток в полупроводниках. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход и его применение.

Полупроводник - вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R) увеличивается. Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик. Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.
Собственная проводимость бывает двух видов:
1) электронная (проводимость "n " - типа). При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается. Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического поля. Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

2) дырочная (проводимость " p" - типа). При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами образуются места с недостающим электроном - "дырка". Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда. Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля. Кроме нагревания, возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей. Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов и называется электронно-дырочной проводимостью.

При наличии примесей у полупроводников существует собственная + примесная проводимость
Наличие примесей сильно увеличивает проводимость. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока - электронов и дырок. Существуют:

1) донорные примеси (отдающие) - являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.
Это проводники " n " - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью.

2) акцепторные примеси (принимающие) - создают "дырки", забирая в себя электроны. Это полупроводники " p "- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью.

Электрические свойства "p-n" перехода. "p-n" переход (или электронно-дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника. Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.
При прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля электрический ток проходит через границу двух полупроводников.
Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.
Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.

_____________________________________________________________________________________________

Билет №7.

1. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Виды теплопередачи. Внутренняя энергия идеального газа.

2. Электрический ток. Условия существования электрического тока. ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

3. Задача на определение напряженности электрического поля.

4. Задача на закон электромагнитной индукции.

_____________________________________________________________________________________________

1. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Виды теплопередачи. Внутренняя энергия идеального газа.

Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом.
Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией.
Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела.


Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц,
из которых состоит тело.
Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: