Кинематика Механические передачи Молекулярная физика и термодинамика Ядерная физика

Лабораторная работа по физике. Практические занятия

Практические занятия являются одной из важнейших компонент учебного процесса по физике. Они способствуют приобщению студентов к самостоятельной работе, учат анализировать изучаемые физические явления, использовать на практике полученные теоретические знания.

Предназначены для студентов, изучающих раздел курса общей физики «Основы молекулярной физики и термодинамики». В методических указаниях представлены примеры решения типичных задач разной степени трудности. Решения сопровождаются необходимыми примерами и комментариями. Задачи систематизированы по основным темам раздела. Приведены основные формулы, облегчающие усвоение алгоритмов решения задач.

Методы регистрации элементарных частиц. Для наблюдения и регистрации заряженных частиц используются различные методы. Сцинтилляционный счетчик. Существуют вещества, которые отвечают вспышками света на пролет в них заряженной элементарной частицы. Такие вещества называются сцинтилляторами.


Основы молекулярной физики и термодинамики

 

Основные формулы

Количество вещества ,

где 

 N – число молекул, 

 NA – постоянная Авогадро, 

 m – масса вещества,

 M – молярная масса.

Уравнение Менделеева- Клайперона

 ,

где 

 р – давление газа,

 V – его объем,

 R – молярная газовая постоянная,

 T – термодинамическая температура.

Уравнение молекулярно – кинетической теории газов

,

где

 n0 – концентрация молекул,

  <Eпост> – средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул,

  m0 – масса молекулы,

 <υкв> – средняя квадратичная скорость.

Средняя кинетическая энергия молекулы

 ,

где

i – число степеней свободы,

k – постоянная Больцмана.

Внутренняя энергия идеального газа 

 .

Скорости молекул:

средняя квадратичная 

средняя арифметическая ,

наиболее вероятная .

 

 Средняя длина свободного пробега молекулы

 

где d – эффективный диаметр молекулы. 

Среднее число столкновений молекулы в единицу времени

 .

Уравнение диффузии

 ,

где

D – коэффициент диффузии,

Ρ – плотность,

dS – элементарная площадка, перпендикулярная к оси Х.

Уравнение теплопроводности

 ,

где χ – коэффициент теплопроводности.

Сила внутреннего трения ,

где η – динамическая вязкость.

Коэффициент диффузии .

Вязкость (динамическая) .

Теплопроводность ,

где сV - удельная изохорная теплоемкость.

Молярная теплоемкость идеального газа:

Изохорная 

Изобарная .

Первое начало термодинамики

  

Работа расширения газа при процессе:

Изобарном  ,

Изотермическом ,

адиабатном

 ,

где .

Уравнение Пуассона (уравнение адиабатного процесса)

, .

Коэффициент полезного действия цикла Карно

 ,

где 

Q и T – количество теплоты, полученное от нагревателя, и его температура,

Q0 и T0 – количество теплоты, переданное холодильнику, и его температура.

Изменение энтропии при переходе из состояния 1 в состояние 2

 

Уравнение Ван - дер - Ваальса:

для 1 моль газа ,

для ν моль газа ,

где a и b – постоянные Ван - дер - Ваальса,

 VM – объем 1 литра газа.

Критические параметры

Собственный объем молекулы 

Высота поднятия жидкости в капилляре радиусом r

 .

Возможность (по крайней мере, теоретическая) переводить систему из одного состояния в другое обратимым способом через передачу теплоты (например, в квазистатическом процессе) имеет принципиальное значение, так как позволяет вычислять разность значений энтропии между двумя любыми состояниями термодинамической системы посредством интегрирования дифференциала поступающей в систему приведенной


теплоты (дифференциала энтропии) по формуле


Этот прием вычисления изменения энтропии обладает всеобщностью, универсальностью, так как не связан с реально осуществляемым путем перехода системы из одного равновесного состояния в другое. Это так потому, что хотя разность энтропий находится через вычисления, относящиеся к обратимому, идеализированному переходу, но сама система может переходить из одного равновесного (начального) в другое равновесное (конечное) состояние любым (в том числе самопроизвольным и, следовательно, необратимым) способом.

Возможность написать в обобщенном законе сохранения энергии (2.2) теплоту Q через дифференциал энтропии как TdS позволяет представить первое начало термодинамики выражением 

 ТdS = dU + dA, (5.3)

получившим название термодинамическое тождество, которое записывается для газообразных тел в виде 

 TdS = СVdT + PdV. (5.4) 


Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники