О Динамические и статистические закономерности в физике. Макросистемы. Термодинамический и статистический методы.

Динамический метод – рассматриваются отдельно взятые частицы => метод невозможен при большом количестве частиц (F = ma; Fi; vi…).

Статистический метод – обобщённое рассмотрение с помощью параметров, характеризующих систему в целом (P; T…) Если параметр не имеет значения – состояние системы считается неравновесным.

Макросистема – система, состоящая из множества микросистем.

Статистический метод – свойства макросистемы определяются через усреднённые значения динамических характеристик частиц системы.

Термодинамический метод – рассматривает состояния равновесия и процессы перехода между ними, но не рассматривает микропроцессы, лежащие в их основе. (T, P, V)

2. Функция распределения молекул по скоростям (распределение Максвелла), анализ функции распределения. Скорости газовых молекул.

Вид формулы зависит от массы молекулы и температуры.

Множитель уменьшается быстрее чем растёт => функция возрастает от 0 до , а затем асимптотически стремится к нулю. Кривая несимметрична к .

Относительное число молекул – площадь от до

– общая доля всех молекул равна единице.

Наиболее вероятная скорость – точка максимума.

Средняя скорость молекулы

Средняя квадратичная скорость

С 88 - график

Внутренняя энергия идеального газа

Распределение Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана

– барометрическая формула + p = nkT

– распределение Больцмана (при постоянной температуре плотность газа больше там, где меньше потенциальная энергия молекул).

Термодинамическая система и ее параметры. Статистическая температура. Давление.

Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией между собой или внешней средой.

Параметры: T, P, V(удельный) = V/m = 1/

– статистическая температура (E – энергия, S – энтропия)

Понятие теплоты, работы. Первое начало термодинамики

Теплота – форма передачи энергии, осуществляемая с помощью хаотического движения молекул.

Работа – преобразование механической энергии во внутреннюю энергию газа

Теплоемкость идеального газа. Уравнение Майера.

Теплоёмкость – кол-во теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещ-ва на 1 К.

Уравнение Майера:

8. Изотермический процесс (уравнение состояния, закон сохранения энергии, работа)

9. Изобарический процесс и изохорический процесс (уравнение состояния, закон сохранения энергии, работа)

10. Адиабатический процесс (уравнение состояния, закон сохранения энергии, работа)

Цикл. Цикл Карно. Тепловая машина. Коэффициент полезного действия

Цикл – процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

Цикл Карно – состоящий из 4 последовательных обратимых процессов:

Изотермическое расширение

Адиабатное расширение

Изотермическое сжатие

Адиабатное сжатие

Нагреватель, холодильник, рабочее тело => тепловая машина

КПД любой тепловой машины не выше КПД машины по циклу Карно:

Энтропия системы и статистический вес макросостояния. Равновесные и неравновесные состояния. Закон возрастания энтропии.

Энтропия – отношение теплоты, полученной в изотермическом процессе к температуре теплоотдающего тела. В обратимых процессах = 0. В необратимых > 0.

Статистический вес W– число способов реализации макросостояния или число микросостояний, осуществляющих его. (k – постоянная Больцмана)

Равновесное состояние системы – в каждой точке одинаковые p и T. При стремлении системы к равновесному состоянию, энтропия стремимся к своему максимуму.

Все реальные процессы необратимы – значит, все процессы ведут к увеличению энтропии.

Электростатическая теорема Гаусса-Остроградского. Напряженность поля заряженных бесконечной плоскости, цилиндра, сферы и шара.

1) Плоскость

2) Цилиндр

3) Сфера (внутри 0)

4) Шар (снаружи как в сфере)

Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора напряженности. Условие потенциальности электростатического поля. Электростатический потенциал. Связь между напряженностью и потенциалом. Взаимное расположение эквипотенциальных поверхностей и силовых линий. Потенциальная энергия заряда во внешнем электростатическом поле. Потенциал поля точечного заряда.

, т.к. силы консервативные. Консервативное эс-ст поле – циркуляция в напр-ти вдоль любой замкнутой траектории в котором равна нулю.

Поле потенциально, если работа по перемещению заряда зависит только от начальной и конечной точки, и не зависит от траектории движения.

Потенциал – потенциальная энергия единичного заряда в данной точке.

Линии напряжённости перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Свободные и связанные заряды в веществе. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации. Вектор диэлектрической поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества. Вектор электрической индукции (электрического смещения). Электрическое поле внутри диэлектрика. Граничные условия для индукции, напряженности и потенциала электростатического поля на поверхности раздела диэлектриков. Электростатическое поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение статических зарядов на поверхности проводника.

Свободные заряды – которые могут перемещаться в проводнике под действием сколь угодно малой силы

Связанные заряды – разноимённые нескомпенсированные заряды на поверхности в результате поляриз.

Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей диэлектрика

Электронная – деформация электронных орбит

Ориентационная – ориентация дипольных моментов по полю

Ионная – смещение подрешётки +ионов вдоль, а -ионов против поля => дипольный момент

Поляризованность – дипольный момент единицы объёма

, æ – диэлектрическая восприимчивость вещества. (способность поляризоваться)

– диэлектрическая проницаемость среды

(вектор электрического смещения)

(электрическое поле внутри диэлектрика)

Граничные условия:

Напряжённость внутри проводника = 0 => Потенциал внутри постоянен – поверхность проводника – эквипотенцильная. Нескомпенсированные заряды только на поверхности проводника.

– на поверхности проводника.