Модуль 2. Молекулярная физика и термодинамика

Изучая физические основы молекулярной физики и термодинамики, студенты должны уяснить, что существуют два качественно различных и взаимодополняющих метода исследования физических свойств макроскопических систем– статистический (молекулярно–кинетический) и термодинамический. Молекулярно– кинетический метод исследования лежит в основе молекулярной физики, термодинамический – в основе термодинамики. Молекулярно– кинетическая теория позволяет с единой точки зрения рассмотреть различные явления во всех состояниях вещества, вскрыть из физическую сущность и теоретическим путем вывести многочисленные закономерности, открытые экспериментально и имеющие большое практическое значение.

При изучении молекулярно–кинетической теории следует уяснить, что свойства огромной совокупности молекул отличны от свойств каждой отдельной молекулы и свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и средними значениями кинематических характеристик частиц, т.е их скоростей, энергий и т.д.

В отличие от молекулярно–кинетической теории, термодинамика не изучает конкретно молекулярные взаимодействия, происходящие с отдельными атомами или молекулами, а рассматривает взаимопревращение и связь различных видов энергии, теплоты и работы. Термодинамика базируется на опытных законах (началах), которые позволяют описывать физические явления, связанные с превращением энергии макроскопическим путем.

При изучении основ термодинамик студент должен четко усвоить такие понятия, как термодинамическая система, термодинамические параметры (параметры состояния), равновесное состояние, уравнение состояния, термодинамический процесс, внутренняя энергия,энтропия и т.д.

Вопросы для самоподготовки

1. Описание движения жидкости. Линии тока. Стационарное течение. Уравнение неразрывности. Идеальная жидкость. Уравнение Бернулли, Статистическое и динамическое давление.

2. Вязкость (внутреннее трение). Закон внутреннего трения Ньютона. Динамическая и кинетическая вязкость. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольда.

3. Тепловое движение. Статистический и термодинамический методы. Макроскопические параметры. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния идеального газа.

4. Давление идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Молекулярно-кинетический смысл температуры.

5. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распреде­ления энергии по степеням свободы. Средняя кинетическая энергия молекулы. Внутренняя энергия идеального газа. •

6. Скорости теплового движения молекул. Распределение Максвелла. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и наиболее вероятная скорости.

7. Концентрация молекул в потенциальном силовом поле. Распределе­ние Больцмана. Барометрическая формула.

8. Обратимые и необратимые процессы. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объёма. Количество теплоты. Теплоём­кость. Удельная и молярная теплоёмкости.

9. Изопроцессы в идеальном газе. Работа газа в изопроцессах. Изохорная и изобарная теплоёмкости идеального газа. Уравнение Майера.

10. Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона. Работа идеального газа в адиабатном процессе.

11. Энтропия. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния. Второе начало термодинамики. Третье начало термодинамики.

12. Циклические процессы. Работа цикла. Коэффициент полезного действия. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно. Тепловые двигатели и холодильные машины.

13. Диффузия. Взаимная диффузия и самодиффузия. Диффузионный поток. Закон Фика.

14. Теплопроводность. Тепловой топок. Закон Фурье. Температуропро­водность.

Студент должен самостоятельно изучить тему: «Термодинамические потенциалы и фазовые переходы».