1. Утро и вечер с позиции орбитального движения Земли. Земля делает полный оборот по эллиптической орбите вокруг Солнца за 365,24 солнечных суток. Земная ось наклонена к ней под углом 66,5° и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года. Поэтому освещается то северная, то южная полярные области Земли, что приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора. 2. История развития физики. Роль молодых ученых (Ньютон, Эйлер, Эйнштейн, Максвелл). Исаак Ньютон(1643 – 1727) занимался оптикой, астрономией, математикой, но самой главной его работой было создание основ механики, открытие закона всемирного тяготения и создание теории движения небесных тел. Он был одним из создателей современного дифференциального и интегрального исчисления. Альберт Эйнштейн(1879 – 1955) – создал специальную теорию относительности, которая стала символом современной науки. Годом рождения специальной теории относительности считается 1905 г., когда в печати появилась статья Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел". Джеймс Клерк Максвелл(1831 – 1879) – английский физик, член Лондонского королевского общества, организатор и первый директор Кавендишской лаборатории. Родился в семье шотландского дворянина. Учился в Эдинбургском и Кембриджском университетах. Его научные интересы касались молекулярной теории газов, механики, теории упругости, оптики. Главной его работой было создание совместно с Фарадеем теории электромагнетизма. Максвелл говорил, что он просто перевел на язык математики то, что уже было известно Фарадею. Леонард Эйлер(1707 – 1783) – самый плодовитый математик всех времен. Он ставил труды по математическому анализу, по небесной механике, гидравлике, кораблестроению, артиллерии, теории преломления лучей, теории музыки. При жизни были опубликованы 530 его книг и статей. В 1726 г. был приглашён работать в Санкт-Петербург, в 1727 г. переехал жить в Россию. 3. Понятие о механическом движении. Длина пути и перемещение. Механическое движение — это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени. Путь — это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени. Перемещение — это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела. 4. Скорость и ускорение. Равномерное и равноускоренное движения. Мгновенной скоростью называют скорость тела в данной точке траектории или в данный момент времени. Ускорение - это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение - это производная скорости. Если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным. Равноускоренное движение – движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения. 5. Первый Закон Ньютона и инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона: Cуществуют такие системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано. Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при уравновешенных внешних силах, действующих на него, называется инертностью. Явление сохранения скорости тела при уравновешенных внешних силах называют инерцией. Инерциальными системами отсчёта называют системы, в которых выполняется первый закон Ньютона. 6. Второй Закон Ньютона. Понятия массы и импульса. Второй Закон Ньютона: Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой. F = ma Масса — это мера инертности тела. Импульс материальной точки – векторная величина, численно равная произведению массы материальной точки на ее скорость и имеющая направление скорости. 7. Третий Закон Ньютона. Виды сил. Третий Закон Ньютона: Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, расположены на одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению. F = - F Все механические взаимодействия сводятся к трем видам: силе гравитационной (тяжести), силе упругой и силе трения. Виды сил: Гравитационные силы, электромагнитные силы, силы инерции, ядерные силы, силы межмолекулярного взаимодействия. 8. Закон сохранения импульса. Центры масс. Закон сохранения импульса: сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия. Производная по времени от импульса механической системы равна векторной сумме внешних сил, действующих на систему. Центр инерции(центром масс) системы – такая геометрическая точка, которую можно выделить в любой механической системе, движение которой определяется внешними силами, действующими на систему и массой всей механической системы. 9. Работа, энергия и мощность. Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Мощность — это работа, совершённая в единицу времени Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело. Механическая работа – это физическая величина, численно равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения, которое совершает тело под действием этой силы, и на косинус угла между направлением силы и направлением движения тела. 10. Закон сохранения энергии при упругом столкновении двух тел. Абсолютно упругий удар – столкновение двух тел, в результате которого механическая энергия системы остается прежней. 11. Консервативные силы. Потенциальная энергия. Консервативной называется сила, работа которой при перемещении тела по замкнутому контуру равняется нулю. Работа консервативной силы при переходе тела из одного положения в другое не зависит от траектории движения, а определяется только начальным и конечным положениями тела. Потенциальной энергией тела (En) называется скалярная величина, равная работе, совершаемой консервативной силой, при переходе тела из данного положения на выбранный уровень отсчета. 12. Однородное и центрально поле. Картина силовых линий. Распределение силовых линий электрического поля определяет характер поля. Поле может быть радиальным (если силовые линии выходят из одной точки или сходятся в одной точке), однородным(если силовые линии параллельны) и неоднородным (если силовые линии не параллельны). 13. Выделение энергии при неупругом столкновении Земли с астероидом. Вся механическая энергия переходит в тепловую. 14. Момент силы и момент импульса. Закон сохранения импульса. Момент силы (синонимы: крутящий момент, вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент) — векторная физическая величина, равная векторному произведению радиус-вектора (проведённого от оси вращения к точке приложения силы — по определению), на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. Характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение. Зако́ н сохране́ния и́ мпульса утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел системы есть величина постоянная, если векторная сумма внешних сил, действующих на систему тел, равна нулю. 15. Линейная и угловая скорость при движении по окружности. Углова́я ско́ рость — векторная величина, являющаяся псевдовектором (аксиальным вектором) и характеризующая скорость вращения материальной точки вокруг центра вращения Линейной скоростью называется скорость, с которой точка движется по окружности 16. Центробежное ускорение при движении по окружности. Центростремительная сила. В любой точке вращательного движения шара вектор его линейной скорости направлен перпендикулярно радиусу. Нетрудно догадаться, что при таком вращении по окружности, вектор линейной скорости шара постоянно меняет свое направление. Ускорение, характеризующее такое изменение скорости, называется центробежным ускорением. Центробе́жная си́ ла — составляющая фиктивных сил инерции, которую вводят при переходе из инерциальной системы отсчёта в соответствующим образом вращающуюся неинерциальную. 17. Плоское движение твердого тела. Переход в систему отсчета центра масс. Плоское (плоскопараллельное) движение твердого тела − это движение, при котором все точки тела движутся в плоскостях, параллельных некоторой неподвижной плоскости. Продифференцировав по времени, получим скорость движения центра масс. 18. Вращение тела вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Аналог второго закона Ньютона для вращения. Продифференцировав момент импульса по времени, получим основное уравнение динамики вращательного движения, известное как второй закон Ньютона для вращательного движения, формулируемый следующим образом: скорость изменения момента импульса L тела, вращающегося вокруг неподвижной точки, равна результирующему моменту всех внешних сил M, приложенных к телу, относительно этой точки. dL/dt = M Момент инерции твердого тела определяет пространственное распределение массы тела и является мерой инертности тела при вращательном движении. 19. Теорема Штейнера. Момент инерции диска и стержня. Момент инерции I тела относительно произвольной неподвижной оси равен сумме момента инерции этого тела Iс относительно параллельной ей оси, проходящей через центр масс тела, и произведения массы тела m на квадрат расстояния d между осями. I = Ic+md^2 I=1/2mR^2 - диск I=1/12ML^2 – стержень 20. Кинетическая энергия вращающегося тела.Мощность, развиваемая приложенной силой. Полная кинетическая энергия вращающегося твердого тела равна сумме кинетических энергий всех его материальных точек. Мощностью некоторой силы является скалярная физическая величина, которая характеризует скорость произведения работы данной силой. 21. Полная кинетическая энергия тела в системе центра масс. Кинетическая энергия материальной системы равна сумме кинетической энергии при поступательном движении вместе с центром масс и кинетической энергии ее при движении относительно координатных осей, поступательно движущихся вместе с центром масс. 25. Гироскопы. Прецессия оси гироскопа. Прецессия оси вращения Земли. Гироскоп - это массивное аксиально-симметричное тело, вращающееся с большой угловой скоростью вокруг своей оси симметрии. Главное свойство прецессии — безынерционность: как только сила, вызывающая прецессию волчка, пропадёт, прецессия прекратится, а волчок займёт неподвижное положение в пространстве. В примере с волчком, вращающимся в гравитационном поле Земли, этого не произойдет, поскольку вызывающая прецессию сила — гравитация Земли — действует постоянно. Подобное движение совершает ось вращения Земли, что было отмечено Гиппархом как предварение равноденствий. По современным данным, полный цикл земной прецессии (прецессионный тур) составляет около 25 765 лет, что соответствует частоте прецессии 1,23 пикогерц. Колебание оси вращения Земли влечёт изменение положения звёзд относительно экваториальной системы координат. 26. Движение в неинерциальной системе отсчета. Неинерциальные системы отсчета −системы отсчета, для которых не выполняется первый закон Ньютона. Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчёта. Тем не менее, движение тел в неинерциальных системах отсчёта можно описывать теми же уравнениями движения, что и в инерциальных, если наряду с силами, обусловленными воздействием тел друг на друга, учитывать силы инерции. 27. Центробежная сила, её величина на Земле в разных широтах. Центробежные силы, возникающие при вращении Земли, в наибольшей мере выражены у полюсов и последовательно уменьшаются по направлению к экватору, где они равны нулю. Эта закономерность навела на мысль, что птицы могут воспользоваться механическими эффектами вращения Земли, различными на разных широтах. Центробежную силу вращения Земли выражает так называемое ускорение Кориолиса. Между тем ясно, что воздействие вращения Земли на летящую птицу незначительно и, следовательно, вряд ли его можно учитывать как какое-то средство ориентации. 28. Сила Кориолиса и её проявление на Земле в движении воды и воздуха. Си́ ла Кориоли́ са — одна из сил инерции, использующаяся при рассмотрении движения материальной точки относительно вращающейся системы отсчёта. Добавление силы Кориолиса к действующим на материальную точку физическим силам позволяет учесть влияние вращения системы отсчёта на такое движение. Силу Кориолиса необходимо учитывать при рассмотрении планетарных движений воды в океане. Она является причиной возникновения гироскопических волн. Сила Кориолиса ответственна также и за вращение циклонов и антициклонов. 29. Основные уравнения гидродинамики. Идеальная жидкость. Основные уравнения гидродинамики выражают закон сохранения массы и закон сохранения энергии для движущейся жидкости. Основными уравнениями гидродинамики для среды с плотностью вещества р, движущейся со скоростью v, являются уравнение непрерывности и уравнение движения. Pv^2/2+ pgh+P=const -Уравнение Бернулли. Идеа́льная жи́ дкость — в гидродинамике — воображаемая жидкость (сжимаемая или несжимаемая), в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости. 30. Уравнение Эйлера. dv/dt+(V*D)V=g-1/Po*Dp D- оператор набла для трехмерного пространства(дельта) 31. Уравнение Бернулли. Pv^2/2+ pgh+P=const -Уравнение Бернулли. 32. Приближение гидростатики. Распределение давления по глубине. Закон Архимеда. На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная суммарной объемной силе, действующей на жидкость в объеме тела. FA = ρgV В открытом сосуде давление р, есть атмосферное давление, т.к. давление жидкости не зависит от формы сосуда, то график зависимости давления от глубины всегда изображается прямой. 33. Геострофические течения. Расчет скорости по распределению давления. Течения, в которых силы инерции пренебрежимо малы, в литературе по геофизике известны как геострофические течения. 34. Уравнение Навье - Стокса для вязкой жидкости. Dv/dt=-v*(Dv)+Dv-1/PoDp+f 35. Всплывание пузырьков и падение капель. Зависимость от радиуса. Пузырек газа, оказавшийся в глубине моря (например, пузырек воздуха, выпущенный водолазом из-под шлема скафандра), начинает всплывать, так как выталкивающая сила, равная весу воды в объеме пузырька, значительно больше веса газа в пузырьке. Поднимаясь кверху, пузырек переходит в слои воды с меньшим давлением; он расширяется, выталкивающая сила увеличивается, и скорость его всплывания растет. Форма капли образуется под действием двух сил, борющихся на поверхности капли: поверхностного натяжения и аэродинамического давления. Поверхностное натяжение стремится стянуть каплю в шарик. Действие аэродинамических сил более сложно. Падающая в неподвижном воздухе капля как бы обдувается встречным потоком воздуха. Струйка воздуха, направленная в середину капли, давит на каплю в лоб. 36. Течение Пуазейля. Зависимость расхода от диаметра трубы. Тече́ние Пуазёйля — ламинарное течение жидкости через каналы в виде прямого кругового цилиндра или слоя между параллельными плоскостями. Течение Пуазёйля — одно из самых простых точных решений уравнений Навье — Стокса. Описывается законом Пуазёйля Согласно закону, секундный объёмный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки (градиенту давления в трубе) и четвёртой степени радиуса (диаметра) трубы 37.Понятие о турбулентности. Число Рейнольдса. Коэффициент турбулентной вязкости. Увеличение скорости течения вязкой жидкости вследствие неоднородности давления по поперечному сечению трубы создает завихрения, и движение становится вихревым, или турбулентным. При турбулентном течении скорость частиц в каждом месте непрерывно и хаотически изменяется, движение является нестационарным. Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости ее течения, размеров трубы и определяется числом Рейнольдса: Re = rж u D/h, Re= uD/v где rж — плотность жидкости, D — диаметр трубы, u — средняя по сечению трубы скорость течения. 38. Принцип относительности Галилея и преобразование координат. Если системы отсчета движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно и в одной из них справедливы законы динамики Ньютона, то эти системы являются инерциальными. Установлено также, что во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют одинаковую форму; в этом сутьмеханического принципа относительности (принципа относительности Галилея). Преобразования Галилея имеют вид: x=x'+хt, y=y', z=z', t=t'. 39. Постулаты специальной теории относительности. Относительность одновременности событий в разных системах отсчета. I. Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные внутри данной инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. II. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. 40. Преобразование Лоренца. Преобразованиями Лоренца в физике, в частности, в специальной теории относительности (СТО), называются преобразования, которым подвергаются пространственно-временные координаты каждого события при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой. Аналогично, преобразованиям Лоренца при таком переходе подвергаются координаты любого 4-вектора. 41. Парадоксы специальной теории относительности. Лоренцевское сокращение длины тел и изменение очередности событий. Поперечные размеры стержня в обеих системах одинаковы. Итак, для неподвижного наблюдателя размеры движущихся тел в направлении их движения сокращаются, и тем больше, чем больше скорость движения. 42. Изменение промежутка времени между событиями. Собственное время. — t1 представляет собой промежуток времени между теми же событиями, измеренный по часам системы K, относительно которой частица (вместе со своими часами) движется со скоростью v. Дельта тау = дельта т корень из 1- v^2/c^2. Из полученной формулы следует, что собственное время меньше времени, отсчитанного по часам, движущимся относительно тела (очевидно, что часы, неподвижные в системе K, движутся относительно частицы со скоростью —v). 43. Мировые точки и интервал между ними. Независимость интервала от системы отсчета. Если ввести воображаемое четырехмерное пространство(четырех-пространство) с осями ct,x,y,z, то событие характеризуется мировой точкой. Мнимые интервалы называются пространственноподобными. Вещественные интервалы—временеподобные. В движущейся системе время течет медленнее. 44. Релятивистское выражение для импульса и энергии. Случай частицы с нулевой массой. Ньютоновская механика не допускает существование частиц с нулевой массой. Законы релятивистской механики не противоречат существованию таких частиц. E=pc К числу таких частиц принадлежит фотон. Движение со скоростью света, это единственное состояние в котором эти частицы могут существовать. Остановка такой частицы равносильна ее исчезновению. 45. Закон всемирного тяготения. Закон гравитационного взаимодействия тел в классической механике носит название закона всемирного тяготения. Этот закон был установлен И. Ньютоном на основе анализа законов движения планет Солнечной системы, открытых И. Кеплером. Согласно этому закону, все тела в природе взаимно притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: F=G*m1m2/r^2 ; G=6,67*10^-11 46. Ускорение свободного падения и первая космическая скорость. Пе́рвая косми́ ческая ско́ рость (кругова́я ско́ рость) — скорость, которую необходимо придать объекту, который после этого не будет использовать реактивное движение, чтобы вывести его на круговую орбиту (пренебрегая сопротивлением атмосферы и вращением планеты). Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите. V=7.9км.с. 47. Потенциал гравитационного поля Земли и вторая космическая скорость. Физическая величина, определяемая потенциальной энергией тела единичной массы в данной точке поля или работой по перемещению единичной массы из данной точки поля в бесконечность. Фи=Еп/m V=11.2км/c. Наименьшая скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно могло преодолеть притяжение Земли и превратиться в спутник Солнца, т. е. чтобы его орбита в поле тяготения Земли стала параболической. 48. Астрономическая единица и третья космическая скорость. Её зависимость от времени суток в месте старта. V=16.7км/с. Скорость, которую необходимо сообщить телу на Земле, чтобы оно покинуло пределы Солнечной системы, преодолев притяжение Солнца. Астрономическая единица – показатель, при помощи которого каждый может наглядно представить себе расстояние ко многим объектам в Солнечной системе 49. Статистическая физика и термодинамика. Статисти́ ческая фи́ зика — это раздел теоретической физики, посвященный изучению систем с произвольным (часто — бесконечным или несчетным числом степеней свободы. Изучаемые системы могут быть как классическими, так и квантовыми. Статистическая физика даёт вывод термодинамики многих реальных систем: идеальных газов, реальных газов, квантовых газов, простых конденсированных сред (например, идеальных кристаллов, спиновых цепочек). В частности, она даёт явные соотношения для используемых в термодинамике энтропии, термодинамической работы, внутренней энергии и объясняет закон неубывания энтропии. 50. Термодинамическая система и термодинамические процессы. Термодинамика - наука о закономерностях превращения энергии. Определение: термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Все тела находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой. 51. Молекулярно - кинетические представления. Согласно молекулярно-кинетическим представлениям любое тело ( твердое, жидкое или газообразное) состоит из мельчайших обособленных частиц, называемых молекулами. Эти частицы находятся в беспорядочном, хаотическом движении, интенсивность которого зависит от температуры тела. Такое движение молекул называется тепловым. 52. Уравнение состояния тела. Закон Гей-Люссака(при постоянном давлении отношение объема газа к температуре остается постоянным) V/T=const Б. Клапейрон придал этому уравнению форму, близкую к современной: PV=RT ; R=8,31431Дж/мольК. 53. Давление газа на стенку. Основное уравнение МКТ. При каждом ударе молекулы действуют на стенку сосуда с некоторой силой. Складываясь друг другом, силы ударов отдельных частиц, образуют некоторую силу давления, постоянно действующую на стенку сосуда. P= 2/3nEk P=1/3m0nv^2 Здесь m_0 – масса газовой молекулы, n – концентрация таких частичек в единице объема,V^2 – усреднённый квадрат скорости молекул. 54. Степени свободы и энергия молекул газа. Теплоемкость идеального газа. Число степеней свободы: механической системы называется количество независимых величин, c помощью которых может быть задано положение системы. Одноатомный газ имеет три поступательные степени свободы і = 3, так как для описания положения такого газа в пространстве достаточно трёх координат (х, у, z). Если в результате теплообмена телу передается некоторое количество теплоты, то внутренняя энергия тела и его температура изменяются. Количество теплоты Q, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К называют удельной теплоемкостью вещества. 55. Первое начало термодинамики. Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии, один из всеобщих законов природы (наряду с законами сохранения импульса, заряда и симметрии): Энергия неуничтожаема и несотворяема; она может только переходить из одной формы в другую в эквивалентных соотношениях. Первое начало термодинамики представляет собой постулат - оно не может быть доказано логическим путем или выведено из какихлибо более общих положений. Истинность этого постулата подтверждается тем, что ни одно из его следствий не находится в противоречии с опытом. Приведем еще некоторые формулировки первого начала термодинамики: - Полная энергия изолированной системы постоянна; - Невозможен вечный двигатель первого рода (двигатель, совершающий работу без затраты энергии). 56. Уравнения изопроцессов. Изотермический. Это обратимый процесс, проходящий при постоянной температуре (газ в термостате): Т=const=Т0. Для него уравнение состояния идеального газа принимает вид: pV=νRT0=const. Изохорный процесс. Это обратимый процесс, протекающий при постоянном объёме, т.е. в баллоне с жёсткими стенками: V=const=V0. Для него уравнение состояния pV=Νrt P1/t1=p2/t2- изохорный V1/t1=v2/t2- изобарный Адиабатный процесс. Это обратимый процесс в газе, протекающий без теплообмена с окружающей средой, т.е. при котором Q=0. Адиабатный процесс может быть проведён в цилиндре с теплонепроницаемыми стенками, если поршень медленно поднимать или опускать . При этом энергообмен с окружающей средой происходит только в форме механической работы. 57. Распределение Максвелла как частный случай распределения Гиббса. Распределения Гиббса, будучи строгими для макроскопических систем, тем не менее не удобны для вычисления средних значений ввиду их сложности (в них используется полная энергия системы частиц, которая зависит от координат и импульсов всех частиц). Поэтому существует необходимость в нахождении более простых функций распределения. Такой функцией распределения является распределение молекул по скоростям, полученное Максвеллом. Максвелл получил свое распределение молекул газа по скоростям раньше, чем были записаны распределения Гиббса.Формула Максвелла была во многом интуитивной, хотя впоследствии была не только строго выведена из канонического распределения Гиббса, но и подтверждена экспериментально. 58. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. P=P0e*mgh/RT Барометрическая формула показывает зависимость давления газа от высоты над поверхностью Земли. закон Больцмана, показывающий распределение участвующих в тепловом движении молекул в потенциальном поле сил, в частности в поле силы тяжести. 59. Молекулярно – кинетическая теория явлений переноса. Если в газе существует пространственная неоднородность плотности, температуры при скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев газа, то происходит самопроизвольное выравнивание этих неоднородностей. В газе возникают потоки энергии, вещества, а также импульса упорядоченного движения частиц. Эти потоки, характерные для неравновесных состояний газа, являются физической основой особых процессов, объединенных под названием явления переноса. 60. Диффузия и тепллопроводность. Закон Фика. Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное взаимопроникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел. Диффузия сводится к переносу массы, возникает и продолжается до тех пор, пока на границе соприкосновения двух сред градиент плотности отличен от нуля. Теплопроводность. Если в одной области газа температура больше,чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, то есть процесс выравнивания температуры. Этот процесс переноса энергии, называемый теплопроводностью, возникает и продолжается до тех пор, пока на границе соприкосновения двух частей газа градиент температуры отличен от нуля. Количественно явление диффузии подчиняется закону Фика: Jm=-D*dp/dx; где Jm – плотность потока массы, то есть величина, определяемая массой газа, диффундирующего через единичную площадку S в единицу времени, dp/dx – градиент плотности газа в направлении x, перпендикулярном выбранной площадке S , D – коэффициент диффузии. 61. Макро – состояния и микросостояния. Пример с молекулами в одной половине сосуда. Макросостояние - состояние, определяемое только известным количеством частиц в каждой из половин сосуда (без уточнения их номеров и, полагая частицы неразличимыми. Микросостояние - состояние, определяемое нахождением конкретных (по номерам) частиц в каждой из половин сосуда (известно, частицы с какими номерами находятся в левой и правой половинах сосуда). 62. Статистический вес макро – состояний и энтропия. Переход между маловероятными и вероятными макросостояниями. Статистический вес (статвес)- это число равновероятных микросостояний, посредством которых реализуется данное макросостояние. Энтропия — это показатель неупорядоченности системы. Переход между двумя макроскопическими состояниями возможен только в том случае, если конечное состояние является более вероятным, чем начальное. В этом заключается механизм необратимости тепловых процессов, которая проявляется в стремлении всех макроскопических тел перейти в равновесное состояние. С другой стороны, статистика не исключает самопроизвольных переходов в неравновесные состояния, просто эти переходы маловероятны 63. Закон возрастания энтропии и теорема Нернста. Третье начало термодинамики (теорема Нернста) — физический принцип, определяющий поведение энтропии при приближении температуры к абсолютному нулю. Является одним из постулатов термодинамики, принимаемым на основе обобщения значительного количества экспериментальных данных. «Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система». 64. Тепловая машина и её КПД. Цикл Карно. Машиной называется периодический действующий механизм, который, пройдя ряд термодинамических состояний, возвращается в исходное состояние и этот процесс повторяется. Тепловые машины благодаря трению и неизбежным тепловым потерям имеют небольшой коэффициент полезного действия (например КПД двигателя внутреннего сгорания составляет 45%). N=A1/A2*100% В термодинамике цикл Карно́ или процесс Карно — это обратимый круговой процесс, состоящий из двухадиабатических и двух изотермических процессов. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником. 65. Уравнение Ван – дер – Ваальса для 1 моля газа. (p+a/V2m)(Vm-b)=RT - Уравнение Ван – дер – Ваальса для 1 моля газа 66. Изотермы реального газа. Критическая точка. В критической точке наблюдается критическое состояние вещества, для него исчезает различие между жидкостью и насыщенным паром. Это проявляется в том, что при нагреве в закрытом сосуде какой-то жидкости при достижении критической температуры исчезнет граница раздела между жидкостью и паром - они образуют единое однородное вещество (плотности пара и жидкости совпадут, силы поверхностного натяжения исчезнут, теплота парообразования будет равна нулю). Уравнение Ван-дер-Ваальса позволяет построить теоретические изотермы реального газа и сравнить их с экспериментальными изотермами и с изотермами идеального газа. 67. Давление насыщенного пара и динамическое равновесие пара с жидкостью. У разных жидкостей динамическое равновесие с паром наступает при различной плотности пара. Причина этого заключается в различии сил межмолекулярного взаимодействия. Процесс испарения жидкости полностью компенсируется процессом конденсации пара. 68. Фазовые превращения. Тройная точка. В термодинамике фазой называется совокупность однородных, одинаковых по своим свойствам, частей системы. При определенных условиях разные фазы одного и того же вещества могут находиться в равновесии друг с другом, соприкасаясь между собой. Равновесие более чем трех фаз одного и того же вещества невозможно. Переход из одной фазы в другую обычно сопровождается поглощением или выделением некоторого количества тепла, которое называется теплотой перехода. Тройная точка - точка пересечения кривых фазового равновесия на плоской диаграмме состояния вещества, соответствующая устойчивому равновесию трёх фаз.
