Тема: Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ). О.Л. №1 МКТ Вещества состоят из частиц эти частицы беспорядочно движутся частицы взаимодействуют друг с другом (броуновское движение) (притяжение и отталкивание) Твёрдые, жидкие, газы Д ≈ 10-8 см ≈ 10-10 м очень мал Nв ≈ 3,7 . 1022 очень много m0 ≈ 2,7 . 10-23 г очень мала Mr = m - относительная молекулярная масса Моль? NA= 6 . 1023 моль-1 – постоянная Авогадро v= N – количество вещества NA m = m0 N v= M = m0 NA – молярная масса v= m M N = vNA M = Mr . 10-3 кг . моль-1 N = NA. m M m M О. Л. № 2 Тема: Идеальный газ. Основное уравнение МКТ Идеальный газ – физическая модель разрежённого реального газа нет взаимодействия Давление – столкновение молекул со стенками сосуда y v 1, v 2, …, v n Но v – определённая 2 Нам надо не v, a v Почему? 2 2 2 2 v =v x+v y+v z Т.к. OX, OY и OZ равноправны, x то v 2x= v 2y= v 2z z v 2x = 1 v 2 3 1 Откуда? 3 1 3 р= р= m0 n v 2 2 3 nE основное уравнение МКТ. Как? ρ = m0 n р = 1 ρ v2 Значение? Тема: Температура. Энергия теплового движения молекул. О. Л. № 3 P, V, t – макроскопические параметры? Температура (t) – характеризирует степень нагретости тела? Термометр ? Принцип действия? Тепловое равновесие? p=2nE При тепловом равновесии E = const p=2 N E pV =3E p V Если Е = const, то p V = const. = p V = p V = O0 Как доказать? (справедливо для разряжённых газов) [O] = 1 Дж O=kT T – абсолютная температура. [T] = 1 K (Кельвин) k = 1,38 . 10-23 Дж/К – постоянная Больцмана T = t + 273 pV = 2 E E=kT E= pV =kT N pV =kT =n p=nkT 3 kT ? ? E= 3 kT v= E= mv2 3k T ? О. Штерн (1920 г) Тема: Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. О. Л. № 4 Связь между p,V,T p= n kT n = N pV= m k NA T N = m NA R=k NA=8,31 Дж/(моль К) (универсальная газовая постоянная) PV = m M - уравнение состояния идеального газа (уравнение М – К) RT Зачем нужно знать это уравнение? Газовые законы ? Изопроцессы ? Изотермический? PV=const При Т=const (закон Бойля-Мариотта) p Изобарный? V = const при p= const (закон Гей-Люссака) V Изохорный? p = const при V= const (закон Шарля) p p < p2 V1 < V2 p1 V1 V2 p2 V (изотерма) T (изобара) T (изохора) Тема: Взаимные превращения жидкостей и газов Газообразное Жидкое Твёрдое О. Л. № 5 состояние вещества с точки зрения МКТ Испарение с точки зрения МКТ Конденсация Динамическое равновесие? Насыщенный пар? V динамическое равновесие нарушается, т.е. ρn Но потом установится динамическое равновесие, т.е. ρ и n станут const n не зависит от V p0 – давление насыщенного пара? Газ и пар. В чём разница? p0 = nkT p Т.к. p0 не зависит от V p0 зависит от Т Зависимость p0(Т) не прямо пропорциональная C B A О T Кипение? ρ Температура кипения? жидкость Критическая температура? Значение ? нас. пар О Tк Т Парциальное давление? φ= Психрометр? p . 100% Значение влажности? - относительная влажность? Тема: Твёрдые тела О. Л. № 6 Твёрдые тела (объём, форма) Кристаллические тела. Чем отличаются? Аморфные Пластическая? Деформация? Упругая? растяжения сжатия сдвига изгиба кручения примеры ? ∆l = l - l0 – абсолютное удлинение? ε = ∆l – относительное удлинение? Механические свойства твёрдых тел механическое напряжение? предел пропорц-ти? σ=F [σ] = 1Па При малых деформациях: σ = Е| ε | - закон Гука Е – модуль Юнга предел упругости упругость пластичность хрупкость ? предел прочности примеры Тема: Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. О. Л. № 7 Термодинамика? (т/д) т/д и статистическая механика (мкт)? Внутренняя энергия (U) Ек (беспорядочного движ-я всех мол.) + Ер (взаимодействия всех мол.) Идеальный одноатомный газ? E = 3 kT k NA=R U = 3 m RT EN=U ? N = m NA U зависит от T m U~T U~m M U~ 1 Идеальный газ: U не зависит от V. Почему? Реальный газ: U зависит от V. Почему? Т Т/д: U зависит от V Работа в т/д расширение сжатие F ////////////////////////////// F` ∆h ∆h h2 ………F….. …………….. h1 ////////////////////////////// ……… F…… h1 …..……….. ………………….. ………………….. A` = p (V2 –V1) = p ∆V h2 A = -A` = -p ∆V Теплопередача? Количество теплоты? Q = cm(t2-t1) = cm ∆t ? Qп = r m ? Qк = - r m ? Qпл = λm ? Q кр = - λ m ? Тема: Первый закон термодинамики О. Л. № 8 Закон сохранения энергии (Р. Майер Д. Джоуль Г. Гельмгольц) на тепловые явления I закон т/д Общий случай?: ∆U = A + Q Система изолирована ? А? А=0 и Q=0 I з. т/д U1 = U2 ? А`? A` = -A Q =∆U +A` ? Вечный двигатель? Невозможно. Почему? Работа характеристики процесса изменения U? Количество теплоты Изопроцессы V=const T= const ∆U=Q Q=A` при Q>0, ∆U>0 при Q<0, ∆U<0 если Q>0, то A`>0 если Q<0, то A`<0 p= const адиабатный Q=∆U+A Q=0 ∆U=A двигатель Дизеля? Q1 + Q2 + Q3 + … = 0 – уравнение теплового баланса Необратимые процессы? Р.Клазиус – II закон т/д? Примеры Тепловой двигатель? η = A` КПД? A`= |Q1| - |Q2| Значение тепловых двигателей Тема: Электростатика О. Л. № 9 Э/динамика? Гравитационное ? Э/магнитное ( I ) сильное (ядерное) слабое типы Д.К. Максвелл взаимодействия Э/статика? + + + + -е Элементарные частицы Электрический заряд Частицы без эл. заряда ? , но эл. заряд без частицы электрон (-) Атом протон (+) ядро (+) Атом нейтрален. нейтрон (нет заряда) Почему? Тела заряжены электрически. Что это значит? Трение – способ электризации Электризация – равенство зарядов – применение ? q1 + q2 + q3 +…+ qn = const - З.С.Э.З. Смысл? Точечные заряжённые тела? F1,2 + |q1| |q2| ? F=k + r + закон Кулона F1,2 = F2,1 ? Кулон (Кл) – единица эл. заряда k = 9 109 H м/Кл2 k = 1 πε0 е =1,6 10-19 Кл ε0 = 4πk = 8,85 10-12 Кл/(Н м2) (электрическая постоянная) - элементарный заряд F2,1 Тема: Электрическое поле О. Л. № 10 Как осуществляется взаимодействие неподвижных электрических зарядов? Близкодействие ? Какая теория одержала победу? Действие на расстоянии Почему? Электрическое поле? (Основные свойства) Е – напряжённость? (Количественная характеристика) E=F ? [E] =1 H/Кл Е E = F = k |q0| Е + q0+ q0 - напряжённость поля точечного заряда E1 A E E = E1 + E2 + E3+… - принцип суперпозиции полей? E2 q1>0 q2<0 Силовые линии электрического поля? ++++++++++++ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Однородное электрическое поле? Тема: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. О. Л. № 11 Что происходит с телами, если их зарядить или поместить в элек. поле? Проводники Диэлектрики Свободные заряды? Cl Металлы: электроны - носители свободных зарядов М E + E - E` + + + + + N -|q| l диполь? Na +|q| Полярные диэлектрики? Неполярные Вывод: Электрическое поле может существовать внутри диэлектрика Электростатическая индукция? l F1 = +|q|E Вывод: э/статического поля внутри проводника нет. E F2 = -|q|E (э/статическая защита)? Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. E l -|q| +|q| Поляризация? ε = Е0 - диэлектрическая проницаемость? Тема: Потенциальная Энергия заряжённого тела. Потенциал э/статического поля. Разность потенциалов. Понятие потенциальной энергии? Е + A = F∆d F = qE ∆d = d1-d2 2 d1 1 О. Л. № 12 A = qE(d1-d2) = - (qEd2 – qEd1) E 2 1 + От формы траектории работа не зависит Почему? A= - (Wp2 – Wp1) = - ∆Wp ? Wp = qEd ∆Wp > 0 ? Замкнутая траектория: А=0 Почему? ∆Wp < 0 Физический смысл потенциальной энергии? Напряжённость – силовая ? Потенциал - энергетическая φ = Wp U = φ 1 – φ2 характеристика поля - разность потенциалов? [ U ] = 1B (вольт)? Е A = qE∆d E =U ∆d 1 2 A = qU Эквипотенциальные поверхности? ? 1 В/м = 1 Н/Кл ? Тема: «Электроёмкость. Конденсаторы». О. Л. №13 При каком условии можно накопить на проводниках большой эл. заряд? Е +|q| U -|q| Сильное эл. поле: пробой диэлектрика ? E +|q| Если U меньше, то +|q| -|q| и -|q| Способность двух провод. накапливать эл. заряд – электроёмкость 2 2 2 2 Е |q| А q U U не зависит от q Тогда чем оно определяется? С q U - электроёмкость? [C] = 1 Ф (Фарад)? Конденсатор? плоские (Лейденская банка?) сферические C q U ~ S d U~ 1 цилиндрические C ~ S d С С0 Конденсатор обладает энергией. + При разрядке конденсатора лампа вспыхивает. В какие формы энергии превращается энергия конденсатора? E -|q| E - напряж. поля, созданного зарядом одной из пластин 2 +|q| E 2 Тогда W q d Wp W Как выразить энергию через Е? qU q 2 CU 2 2C 2 qU . 2 Как это получить? Применение конденсаторов? Тема: Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. О.л. №14 Электрический ток? Направление тока? Действия тока тепловое? J q t химическое? - сила тока? магнитное? J – скалярная величина J>0 когда? J<0 1 2 q S 0 V1,2 : N=nS l, n – концентрация частиц. v q=q0 n S l l J t = [J]=1 A (Ампер) J=q0nvS v= Амперметр ( l v ) – прибор для измерения J. J , e – заряд электрона. enS V0= 7 . 10-5 м/с (Си) V очень мала Наличие свободных заряж. частиц Сила, действующая на них в определённом направ. Электрическое поле J 1 q q 0 nSlv 0 q 0 nvS t l Условия, необходимые для существования эл. тока. 2 U E V J R U~J Вольт-амперная характеристика проводника. J, A 0 U, B U= 1 2 , > . 1 2 Почему? J U - закон Ома для участка цепи R Сопротивление – основная электрическая характеристика проводника. Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров. R l S - сопротивление? [ ] = 1 Ом . м - удельное сопротивление? Значение закона Ома? Тема: Электрические цепи. Виды соединения проводников. О.Л. №15 Электрическая цепь? Схема эл. цепи? Обозначение устройств? Виды соединения проводников. последовательное 1 параллельное 2 J1 смешанное 1 J1 J U U1 2 U U2 J1=J2=J U=U1+U2 R=R1+R2 U 1 R1 U 2 R2 J2 2 J1=J2=J U=U1+U2 R=R1+R2 J3 J1=J2=J U=U1+U2 R=R1+R2 U 1 R1 U 2 R2 U 1 R1 U 2 R2 R - J2 1 R Амперметр – прибор для измерения J - подключается последовательно - Работа постоянного тока? A qU т.к. J q A JUt ? t Выразить А через другие элек. величины. Д. Джоуль Q=J2R t Э.Х. Ленц 3 ? - вольтметр – прибор для измерения U - подключается параллельно Мощность постоянного тока? P A JU ; P JU ? t Выразить Р через другие элек. величины. Тема: ЭДС. Закон Ома для полной цени О.Л.№16 На батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Источник тока – необходимое устройство для поддержания постоянного напряжения между шариками Е + Что это значит? - Сторонние силы? Электрический ток и течение жидкости. Аналогия? Природа сторонних сил? Aст - ЭДС q [ ] = 1 B ЭДС гальванического элемента? Зависимость J от и R? r Аст q q Jt R Аст Jt По закону Д-Л: Q=J2R t + J2r t R – внутреннее сопротивление источника тока R – внешнее сопротивление A=Q =JR + Jr J J зависит от R r Rr Закон Ома для полной цепи При R>>r U=JR R 0 (короткое замыкание). J определяется r 1 = r1 2 r2 3 r3 1 + 2 + 3 = | Если > 0, то J>0 Если <0, то J<0 Rп = R+r1+r2+r3 R 1 | - | 2 | + | 3 |