Механика, основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики.

Механика, основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики.

1). Физика, ее определение, предмет изучения и основные понятия.

Физика – естественная наука о природе, о материи, её структуре и движении.

Явления – это изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире.

Физические явления – это любые превращения вещества или проявления его свойств, происходящие без изменения состава вещества.

Материя – это все то, что существует во Вселенной независимо от нашего сознания.

Материя и ее виды, способ существования материи. Энергия.

Материя – это все то, что существует во Вселенной независимо от нашего сознания.

На данный момент существуют 3 формы (вида) материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество представляет собой основной вид материи, обладающий массой покоя. К вещественным объектам относят: элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния веществ.

Физическое поле представляет собой особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям исследователи относят: электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля, соответствующие различным частицам. Источником физических полей являются частицы.

Физический вакуум – это низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин был введен в квантовую теорию поля для объяснения некоторых процессов. Среднее число частиц – квантов поля – в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время.

Энергия - физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел). Энергия выражается в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т. е. в джоулях. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает.

Виды энергии:

1.Кинетическая

2.Потенциальная

3.Электромагнитная

4.Гравитационная

5.Ядерная

6.Внутренняя

Механика, разделы механики, механическое движение. Определение механической системы, замкнутая (изолированная) механическая система.

Механика – раздел физики, который изучает механическое движение тел.

Разделы механики:

Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обуславливают.

Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение.

Статика изучает законы равновесия системы тел, т.е. рассматривает частный случай движения, когда скорость равна нулю.

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Основные виды механического движения:

Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково.

Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось.

Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях.

Системой материальных точек или механической системой называется выделенная каким-либо образом совокупность материальных точек.

Замкнутая система – это система, состоящая из тел, которые взаимодействуют друг с другом, но не взаимодействуют с другими, внешними по отношению к этой системе телами.

Наиболее важными механическими системами являются:

1. Материальная точка

2. Математический маятник

3. Физический маятник

4. Крутильный маятник

5. Абсолютно твёрдое тело

6. Деформируемое тело

7. Абсолютно упругое тело

8. Сплошная среда

Умножение вектора на число:

Произведением вектора   на число x называется вектор =x . Например, если x=2:  

= =x

                                                                              

 

Единичный вектор или орт – вектор, длина которого равна единице.

Единичный вектор , направленный вдоль оси Х, обозначается i, единичный вектор , направленный вдоль оси Y , обозначается j, а единичный вектор, направленный вдоль оси Z, обозначается k . i = 1, j = 1, k = 1.

Путь s при произвольном движении материальной точки. Графическое изображение пути s (как площадь фигуры на графике, отражающем зависимость скорости v от времени t) при произвольном движении материальной точки.

Путь - длина отрезка траектории, пройденного телом за любой промежуток времени, называют пройденным за это время путем. Путь обозначается буквой S и измеряется в метрах. Путь - скалярная величина.

При прямолинейном равномерном движении материальной точки пройденный путь численно равен площади прямоугольника:

 

 

При прямолинейном равноускоренном движении материальной точки пройденный путь определяется площадью прямоугольной трапеции.

                                                                       

10). В каком случае угол можно считать вектором? Привести рисунок.

Угол можно считать векторным, если оба отрезка, которые его составляют имеют направление.

Работа силы, определение кинетической энергии; потенциальная энергия. Примеры.

Работа силы - мера действия силы при превращении механического движения в другую форму движения.

A= FS ;

Если угол острый, то работа силы положительна, если тупой – отрицательна.

 

Кинетическая энергия – это энергия движения тел.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел.

Пример: Мяч бросают с какой-то высоты на землю. В верхней точке он обладает потенциальной энергией, кинетическая энергия равна нулю. С уменьшением высоты, эта энергия тоже уменьшается. Когда мяч упадет на землю, он покатится. Его потенциальная энергия станет равной нулю, а кинетическая примет какое-то значение.

Закон сохранения энергии.

ЗСЭ - Полная энергия замкнутой системы, которая не отдает своей энергии и не получает энергии извне, остается неизменной.

В механике:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой, остается постоянной. При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Закон движения центра масс:

 =  =

Где M - масса системы,  - скорость центра масс, P – импульс системы.

Молекулярно-кинетическая теория газов. Основные понятия. Определение идеального газа.

Молекулярно – кинетическая теория (МКТ) – учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

Основные положения МКТ:
- все тела состоят из молекул и атомов, между которыми существуют промежутки;
- все молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении;
- все молекулы взаимодействуют между собой (силы притяжения и отталкивания).

Молекула — это самая наименьшая частица вещества, которая имеет все его химические свойства.
Атом — это самая наименьшая частица химического элемента. Молекула состоит из равного количества положительно и отрицательно заряженных частиц, поэтому она электрически нейтральна.
Молекула состоит из атомов, которые соединены химическими связями.

Моль – единица количества вещества.

Количество вещества - физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе.

Постоянная Авогадро - отношение числа молекул вещества N к количеству вещества .

Молярная масса М – физическая величина, равная отношению массы вещества m к количеству вещества . (кг/моль)

Основное уравнение МКТ:
Давление идеального газа равно двум третям средней кинетической энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема: ; p = nkT;

Тепловое равновесие – состояние, в которое переходит изолированная система, характеризуемое равенством температур всех ее частей.

Температура – мера средней кинетической энергии молекул; ;  .

Идеальный газ – модель газа, в которой молекулы не взаимодействуют друг с другом на расстоянии и не имеют объема.

Молярная газовая постоянная:  = 8,31 Дж/(моль .

Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре и неизменной массе.

pV = const – закон Бойля – Мариотта.

Изохорным процессом называется процесс, протекающий при постоянном объеме и неизменной массе.

 = const - закон Шарля.

Изобарным процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении и неизменной массе.

 – закон Гей- Люссака.

Идеальный газ - это физическая модель газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало.

Основные понятия термодинамики (тело, теплота, процесс и т.д.).

Термодинамика – раздел физики, который изучает тепловые явления без учета атомно – молекулярного строения тел.

Термодинамической системой называется совокупность макроскопических объектов (тел и полей), обменивающихся энергией в форме работы и в форме тепла как друг с другом, так и с внешней средой.

Изолированная система – система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией.

Закрытая система – система, которая обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.

Открытая система – система, которая обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией.

Всякое изменение термодинамического состояния системы (изменения хотя бы одного параметра состояния) есть термодинамический процесс.

Обратимый процесс – процесс, допускающий возможность возвращения системы в исходное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Работа – форма передачи энергии путём упорядоченного движения частиц. A = p

Температурой называется физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.

Внутренняя энергия – сумма кинетических энергий движения молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия. Внутренняя энергия идеального газа:

Количество теплоты – это энергия, переданная телу в результате теплообмена.

Удельная теплоемкость вещества – показывает, какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К. Q = cm (

Удельная теплота плавления – показывает, какое количество теплоты необходимо для плавления 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления. Q =

Удельная теплота парообразования – показывает, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре.  Q = Lm

Циклы, работа за цикл.

Круговой процесс (Цикл) - это совокупность процессов, возвращающих систему в первоначальное состояние. Число отдельных процессов может быть любым в цикле.

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q.

A=Q=  (при T=const);

A = ;

Электричество и магнетизм

Принцип суперпозиции электрического поля - напряженность результирующего поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, созданных в данной точке каждым из них в отдельности.

Пример.

Рассмотрим применение принципа суперпозиции в случае поля, созданного электрической системой из двух зарядов с расстоянием между зарядами, равными l:

Поля, создаваемые различными зарядами, не влияют друг на друга, поэтому вектор  результирующего поля нескольких зарядов ,… может быть найден по правилу сложения векторов (правило параллелограмма).

 ,  и E = 2 , так как задача симметрична.

В данном случае:

  и

Следовательно,

Пример.

Пусть в некоторой области пространства известно векторное поле напряженности электростатического поля

.Допустим, что в окрестности фиксированной точки пространства имеется элемент поверхности площади , ориентацию которого можно задать с помощью вектора единичной (безразмерной) нормали к этому элементу поверхности. Поскольку элемент поверхности является двусторонним объектом, то направление нормали можно выбрать произвольно. Введем в рассмотрение объект

 (1)

вектор элемента площади поверхности. В соответствии с (1) этот вектор численно равен площади элемента поверхности, имеет размерность площади и направлен вдоль , то есть вдоль нормали к элементу поверхности.

Элемент потока вектора через площадку dS по определению равен скалярному произведению вектора и вектора :

d Ф =

В локальной форме :

выделяем элементарный цилиндр и пр. (как ранее при рассмотрении дифференциальной формы)

делим на dV  и получаем:

  - закон Джоуля - Ленца в локальной (дифференциальной) форме:
удельная тепловая мощность тока  пропорциональна квадрату плотности тока и удельному сопротивлению среды в данной точке.

Рис. 1 — иллюстрация к закону Био - Савара - Лапласа

 

В случае если поступательное движение винта направлено в сторону движения тока, то направление вращения головки винта указывает направление dB.

Механика, основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики.

1). Физика, ее определение, предмет изучения и основные понятия.

Физика – естественная наука о природе, о материи, её структуре и движении.

Явления – это изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире.

Физические явления – это любые превращения вещества или проявления его свойств, происходящие без изменения состава вещества.

Материя – это все то, что существует во Вселенной независимо от нашего сознания.

123456789Следующая ⇒

Поделиться: