Содержание. Для организации самостоятельной работы студентов

Усов В.В.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Учебное пособие. Часть 2

Для организации самостоятельной работы студентов

Одесса 2013

ББК

У

Рецензенты:

А.А. Брюханов,

д-р т. н., профессор, профессор кафедры физики

Южно-украинского национального педагогического университета

им. К.Д. Ушинского.

А.Р. Гохман,

д-р ф.-м. н., профессор, зав. кафедрой физики

Южно-украинского национального педагогического университета

им. К.Д. Ушинского.

Печатается по решению Ученого совета Южно-украинского национального педагогического университета имени К.Д. Ушинского

протокол № _____.от _________ 2013 г.,

В.В. Усов

У Молекулярная физика и термодинамика Учебное пособие. Ч.2. – Одесса:, 2013. –с.

ISBN

В пособии изложены физические основы молекулярной физики и термодинамики в пределах курса общей физики педагогических и технических высших учебных заведений. Даны разъяснения основных законов, явлений и понятий молекулярной физики и термодинамики. Пособие направлено на развитие творческих способностей студентов, научного мышления и активизацию познавательной деятельности.

ББК

ISBN

ÓЮжно-украинский национальный педагогический университет имени К.Д. Ушинского

Ó В.В. Усов

СОДЕРЖАНИЕ

1. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ …………………………...6

1.1. Число степеней свободы……………………………………………………………………7

1.2. Температура и ее измерение………………………………………………………………..8

1.3. Шкалы температур………………………………………………………………………...10

1.4. Уравнение состояния идеального газа……………………………………………………11

1.5. Изопроцессы. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля…………………………14

1.6. Закон Дальтона для смеси газов…………………………………………………………..15

1.7 Основные понятия классической и квантовой статистики………………………………15

1.7.1. Барометрическая формула………………………………………………………………17

1.7.2. Распределение Больцмана……………………………………………………………….17

1.7.3. Распределение Максвелла……………………………………………………………….17

1.7.4. Распределение Максвелла-Больцмана………………………………………………….22

1.7.5. Опыт Штерна. Скорость частиц вещества……………………………………………..22

1.7.6.Уравнение состояния для газа Ван-дер-Ваальса……………………………………….24

1.8. Явления переноса………………………………………………………………………….29

1.8.1. Эффективный диаметр молекулы………………………………………………………31

1.8.2. Средняя длина пробега молекул………………………………………………………..32

1.8.3. Диффузия…………………………………………………………………………………34

1.8.4. Теплопроводность……………………………………………………………………….34

1.8.5.Вязкость или внутреннее трение………………………………………………………...35

1.8.6. Описание явлений переноса в газах……………………………………………………37

2. ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ …………………………………………………………...44

2.1. Внутренняя энергия идеального газа……………………………………………………..45

2.2. Работа в термодинамике…………………………………………………………………..46

2.3. Количество теплоты……………………………………………………………………….47

2.4. Первое начало термодинамики. Применение для изопроцессов……………………….47

2.5. Теплоемкость идеального газа……………………………………………………………49

2.6. Адиабатическое изменение объёма газа………………………………………………….51

2.7 Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса……………………………………………….53

2.8. Эффект Джоуля – Томсона………………………………………………………………..54

2.9. Тепловая машина. Холодильная машина. КПД………………………………………….55

2.10. Цикл Карно. Идеальная тепловая машина……………………………………………...61

2.11. Второе начало термодинамики. Энтропия……………………………………………..62

2.12. Третий закон термодинамики (тепловой закон Нернста)……………………………...66

3. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ ………………………………………………………………….67

3.1. Строение жидкостей………………………………………………………………………67

3.2. Явления на границе раздела газа, жидкости и твердого тела…………………………..68

3.3. Явление смачивания и несмачивания……………………………………………………70

3.4. Давление под изогнутой поверхностью жидкости……………………………………...73

3.5. Капиллярные явления……………………………………………………………………..74

4. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ …………………………………………………76

4.1. Кристаллические и аморфные тела……………………………………………………….76

4.2. Кристаллическая решетка…………………………………………………………………78

4.2. Физические типы кристаллов……………………………………………………………..80

4.3. Дефекты кристаллического строения…………………………………………………….82

4.4. Тепловое движение в кристаллах…………………………………………………………86

4.6. Теплоемкость кристаллов…………………………………………………………………87

5. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ………………………………………87

5.1. Испарение и конденсация…………………………………………………………………89

5.2. Насыщенные и ненасыщенные пары…………………………………………………….90

5.3. Равновесие жидкости и насыщенного пара……………………………………………...91

5.4. Влажность………………………………………………………………………………….93

5.5. Плавление и кристаллизация……………………………………………………………..93

5.6. Критическое состояние………………………………………………………………...….94

5.7. Пересыщенный пар и перегретая жидкость. Метастабильное состояние вещества…..95

5.8. Уравнение Клапейрона –Клаузиуса………………………………………………………96

5.9. Диаграмма состояния. Тройная точка……………………………………………………97

ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………………………………98