Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Основы молекулярной физики и термодинамики




В начале изложения этого раздела курса необходимо разъяснить студентам два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода исследования физических свойств макроскопических систем — статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики. При рассмотрении молекулярно - кинетической теории следует отметить, что свойства огромной совокупности молекул отличны от свойств каждой отдельной молекулы. Даже если, как это делается в классической статистической физике, базирующейся на механической картине мира, можно считать, что каждая молекула движется по законам ньютоновской механики, совокупное движение огромного коллектива молекул обладает специфическими закономерностями. Свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и средними значениями динамических характеристик этих частиц (их скоростей, энергией и т. д.).

Говоря о термодинамическом методе, необходимо четко сформулировать определения таких основных понятий термодинамики, как термодинамическая система, термодинамические параметры (параметры состояния), равновесное состояние, уравнение, состояния, термодинамический процесс, внутренняя энергия и т. д. Следует подчеркнуть, что термодинамика в отличие от молекулярной физики основывается на нескольких универсальных принципах - началах термодинамики, надежно подтвержденных экспериментами. В этом, содной стороны, сила термодинамического метода, пригодного для анализа самых различных физических систем, а с другой - его слабость. Например, методами термодинамики нельзя вывести уравнение состояния системы, нельзя обосновать существование флуктуаций и т. д.

Переходя к рассмотрению молекулярно-кинетической теории идеального газа, необходимо специально остановиться на той роли, которую играет в молекулярной физике модель рассматриваемой системы. Следует подчеркнуть, что выбор этой модели зависит не только от специфических особенностей системы, но и от того, какие ее свойства исследуются. Например, при расчете давления газа на стенки сосуда можно в первом приближении принять молекулы газа за абсолютно упругие материальные точки, беспорядочно движущиеся в сосуде и сталкивающиеся только с его стенками. В то же время для объяснения процессов установления равновесного распределения молекул газа, а также закономерностей явлений переноса совершенно необходимо учитывать столкновения молекул друг с другом, хотя при этом по-прежнему можно пренебрегать их собственным объемом. В этой связи весьма поучительно сопоставить на лекции значений суммарного собственного объема и суммарной площади поверхности всех молекул газа, находящихся в сосуде, соответственно с объемом сосуда с площадью поверхности его стенок. Наконец, в молекулярно-кинетической теории теплоемкости газа необходимо учитывать внутреннюю структуру молекул. Для объяснения отличия свойств реальных и идеальных газов необходимо дальнейшее уточнение модели газа с тем, чтобы она учитывала действие сил взаимного притяжения и отталкивания молекул, как это сделано, например, в модели газа Ван-дер-Ваалъса.

Следует достаточно обстоятельно рассмотреть такие вопросы, как классическая молекулярно-кинетическая теория теплоемкостей идеальных газов и ее ограниченность, границы применимости закона равнораспределения энергии; законы распределения Максвелла и Больцмана.

Первое начало термодинамики целесообразно сформулировать и записать для малого изменения состояния закрытой системы, т. е. системы, обменивающейся энергией с внешней средой только путем теплообмена и совершения работы. Необходимо разъяснить студентам, что внутренняя энергия в отличие от теплоты и работы является функцией состояния. Используя выражение для внутренней энергии идеального газа, полученное из молекулярно-кинетических представлений, следует записать уравнение первого начала термодинамики для идеального газа, а затем применить этот закон к расчету трех изопроцессов и адиабатного процесса идеальных газов. В заключение можно рассмотреть политропный процесс. Полезно изображать и распознавать всевозможные политропные процессы в различных термодинамических диаграммах. Необходимо обратить внимание на изложение второго начала термодинамики и его статистическое толкование, атакже понятие энтропии. Полезно привести несколько различных формулировок второго начала термодинамики и показать, что они полностью эквивалентны. Целесообразно изложить доказательство теоремы Карно о независимости КПД обратимого цикла Карно от природы рабочего тела. Следует найти выражение для энтропии идеального газа и показать на этом примере, что энтропия в отличие от количества теплоты является функцией состояния.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-02-12; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1775 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Логика может привести Вас от пункта А к пункту Б, а воображение — куда угодно © Альберт Эйнштейн
==> читать все изречения...

2321 - | 2252 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.009 с.