ФИЗИКА

частиц.

Статистический метод основан на том, что свойства частиц характеризуются усредненными

атомов, молекул или ионов.

В твердых телах и жидкостях

пропорциональна температуре вещества.
Экспериментальным доказательством этого положения являются: броуновское движение, диффузия,

как силы притяжения, так и силы отталкивания:
Механическая энергия частицы

r = s сила взаимодействия частиц F = 0, т.е.

равновесия s.

В жидкостях частицы совершают колебания со значительной амплитудой, благодаря

всех частиц газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом газа

движения частиц газа.
Давление – это результат совокупного действия молекул

1857

где р – давление газа;
n – концентрация частиц (число частиц в 1 м3);
mo – масса одной частицы газа;
– среднеквадратичная скорость частиц газа;
– средняя кинетическая энергия поступательного движения
частиц газа.

V – объём;
m – масса газа;
T – термодинамическая температура;

частиц газа

и энергиям теплового движения
Частицы газа движутся хаотично. Поэтому все направления

некоторое стационарное распределение частиц газа по скоростям.
Это распределение подчиняется

f(v) – функция распределения, которая равна доле молекул, скорости которых лежат в интервале от v до (v + 1).

и следующие предположения:

Газ идеальный и на его молекулы

1860 г.

где mo - масса молекулы.

 ,
то есть площадь под кривой f(v) равна

и среднеквадратичной скоростей:

энергиям теплового движения:
Многочисленные эксперименты с молекулярными, ионными и электронными пучками

Если бы не было тяготения, то молекулы атмосферного воздуха рассеялись

и температура газа на любой высоте постоянна, Больцман получил формулу
распределения

где n – концентрация частиц в поле с потенциальной энергией Wp;
no – концентрация частиц там, где потенциальная энергия равна нулю.

Из этого выражения следует, что:
При постоянной температуре плотность газа там больше, где меньше потенциальная энергия его молекул.
При Т  0 концентрация частиц n  0 кроме уровня с нулевой потенциальной энергией.
При Т   концентрация частиц всюду одинаковая, т.е. концентрация частиц выравнивается по всему объему.

атмосферы на любой высоте h над поверхностью Земли, которое называется

где ро – давление атмосферы на высоте h = 0;
m0 – масса одной молекулы.

Эта формула используется в приборах для определения высоты по измерению давления (альтиметры).

положение молекулы в пространстве.

приходится в среднем энергия, равная kT/2.

Средняя энергия одной молекулы
Колебательные

частиц системы и потенциальная энергия их взаимодействия.

Потенциальная энергия взаимодействия

где N – число частиц; R = NAk - универсальная газовая постоянная.

При постоянной массе газа и неизменном его составе (i, m, M = const) изменение внутренней энергии

при теплообмене без совершения работы:
Существует два способа изменения внутренней энергии

Удельная теплоемкость Молярная теплоемкость

Способы теплообмена:
теплопроводность, конвекция, излучение.

работы и теплоты обозначаются
A и Q, а не dA

Работа газа при конечном изменении объема от V1 до V2

ней при фиксированных внешних условиях установится термодинамическое равновесие, при котором

энергии и на совершение системой работы против внешних сил:
Опыт

Изохорный процесс (V = const):

Изобарный процесс (р = const)

Изотермический процесс (T = const)

Адиабатический процесс (процесс без теплообмена системы с окружающей средой):

в термодинамике
при бесконечно малом изменении объема:
Для вычисления работы надо

Подведенная к системе теплота

не изменялась, надо к газу подводить теплоту в количестве, эквивалентном

за счет уменьшения внутренней энергии системы.
Уравнение Пуассона

1 К:
Величина Q зависит от вида процесса.
Молярные теплоемкости при

.

Отношение теплоёмкостей называется постоянной адиабаты:

Удельная и молярная теплоёмкости

Теплоёмкость идеального газа

Уравнения Майера

а лишь определенный ряд дискретных значений.
Каждое из этих значений

Из приведенных уравнений видно, что молярные теплоемкости определяются лишь числом степеней свободы и не зависят от температуры. Это утверждение экспериментально подтверждается лишь для одноатомных газов.

Н

2

достаточно высоких температурах.

При повышенных давлениях необходимо учитывать и объем

1873 г.

дополнительного давления, которое учитывается поправкой a:
Объем молекул учитывается поправкой b,

a и b являются постоянными для каждого газа и определяются

Это уравнение Ван-дер-Ваальса.

Изотермы Ван-дер-Ваальса

При малых давлениях и больших температурах уравнение Ван-дер-Ваальса переходит в уравнение Менделеева-Клапейрона.

тела, которое совершает работу и
внешнего приемника тепловой энергии (холодильника),

Тепловые двигатели – это устройства, превращающие теплоту в механическую работу.

Работа за цикл

Для длительной работы теплового двигателя необходима цикличность работы:

функциями состояния, величина КПД зависит от вида конкретного цикла, по

Карно установил, что при фиксированных температурах нагревателя и холодильника наибольший КПД имеют тепловые двигатели, работающие по обратимому циклу. При этом КПД такого двигателя определяется только температурами нагревателя Т1 и холодильника Т2 и не зависит от природы рабочего тела:

Процесс называется обратимым, если после его завершения система возвращается в исходное состояние,
а в окружающей ее среде не остается никаких изменений.

счет полученной от нагревателя теплоты Q1.
Адиабата 2-3. Рабочее

Повышение КПД возможно только при повышении температуры нагревателя Т1.
Однако повышение Т1 ограничено возможностями конструкционных материалов, из которых изготовляются цилиндры, поршни и т.д.

идеальным. Так как изотермический процесс – процесс медленный, то все

Изобара А-1. Первый такт цикла. При движении поршня в цилиндр всасывается горючая смесь. Приближенно можно считать, что это происходит при атмосферном давлении.

Адиабата 1-2. Второй такт цикла. Теплообмена со средой нет. Поршень движется в обратном направлении, адиабатно сжимая смесь от объема V1 до V2.
Давление повышается и температура растет от Т1 до Т2.

проскакивает искра, и горючая смесь взрывается: давление почти мгновенно возрастает

Адиабата 3-4. Продолжение третьего такта. Теплообмена со средой нет.
Газ адиабатно расширяется до максимального объема V1, температура и давление падают.

Изохора 4-1. Конец третьего такта. Открывается выпускной клапан, давление падает до атмосферного при постоянном объеме. Температура также уменьшается до Т1.

Изобара 1-А. Четвертый такт. Поршень выталкивает из цилиндра отработанные газы, система возвращается в начальное состояние. Так как участок А-1 проходится дважды в разных направлениях, соответствующие вклады в работу и теплоту сокращаются.

КПД цикла Отто меньше КПД цикла Карно:

при атмосферном давлении р1, объем увеличивается от V1 до V2.
Адиабата

этом же направлении работали Клаузиус и Томсон (лорд Кельвин).
Они

1796 - 1832

невозможен».

Формулировка Карно: «Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины

внутреннюю энергию U. С ее помощью можно количественно определить изменение

1865 г.

Энтропия

по обратимому циклу. Используя обе формулы для расчета КПД, можно

где знак равенства соответствует обратимому циклу; тогда для него

Учитывая что Q2 < 0, можно записать

т.е. алгебраическая сумма приведенных теплот для обратимого цикла рана нулю.

результат бесконечно большого числа бесконечно малых изменений. Тогда последнее выражение

Но равенство нулю такого интеграла означает, что подынтегральное выражение является полным дифференциалом некоторой функции, которая является функцией состояния и эту функцию назвали энтропией:

[S] = Дж/К

Энтропия характеризует направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой термодинамической системе.

системы присуще единственное значение энтропии.

Энтропия аддитивна, т.е. энтропия

где Q - теплота, полученная системой при температуре T.
Равенство соответствует обратимому, а неравенство – необратимому процессу.

Значение энтропии можно определить только с точностью до некоторой постоянной So.

процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии. В

Для обратимого процесса в замкнутой системе dS = 0, т.е. S = const. Для необратимого процесса в замкнутой системе dS > 0, т.е. энтропия увеличивается. Таким образом, для замкнутой системы

способов, т.е. число микросостояний, которыми реализуется данное макросостояние системы, называется

способов, которыми можно осуществить макросостояние «В левой половине сосуда находится

Существенно, что наиболее вероятным является равномерное распределение частиц в обеих половинках сосуда: по 5.
Можно увеличить число частиц до 100. Изменится острота распределения, но снова равномерное распределение наиболее вероятно.

толкование энтропии: увеличение энтропии изолированной системы связано с переходом этой

молекулы находятся в состоянии с наинизшей энергией. Поэтому есть только

полной хаотичности движения молекул.

Любое неравновесное состояние всегда связано

– перенос импульса;
теплопроводность – перенос энергии.

центры молекул при столкновении



Среднее число столкновений z молекулы –

газа;
р – давление газа;
Т –температура газа.

нескольких веществ.

Этот процесс наблюдается в газообразных, жидких и твердых средах.
При

где jN – плотность потока частиц, т.е. число частиц, проходящих через 1м2 за 1 с; D – коэффициент диффузии.

Фика




где  - плотность газа.

Масса газа, перенесенного через поверхность площадью

Согласно кинетической теории газов

концентрация диффундирующего вещества изменяется не только вдоль оси Ох, но

тел, находящихся в контакте.
Внутреннее трение возникает внутри газа (или

другу со скоростями u1 и u2. Благодяря тепловому движению молекулы

 – динамическая вязкость;
du/dz – градиент скорости.

что
С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается.

тела при наличии градиента температуры, вызванного какими-либо внешними условиями.

Молекулы в

– коэффициент теплопроводности;
dT/dx – градиент температуры вдоль оси х.

лежащих в основе явлений диффузии, внутреннего трения и теплопроводности.
Протекание этих