Министерство образования российской федерации ставропольский государственный университет «общая физика» (учебно-методическое пособие) (стр. 10 из 23)
2. В какой точке заканчивается кривая сублимации?
3. Почему применяемый для охлаждения сухой лед (твердая углекислота) на воздухе не плавится?
4. В чем состоит физическая сущность процесса кипения? Как зависит температура кипения от атмосферного давления?
5. Как зависит температура плавления от давления? Каковы особенности этой зависимости для льда?
6. Для изменения точки кипения воды на один градус достаточно давление изменить на 27 мм рт. ст . Меньшее или большее изменение давления понадобится для такого же изменения точки плавления льда?
7. Как выглядят кривые фазового равновесия в различных переменных?
8. Каковы два возможных хода кривых плавления на p,T- диаграмме вещества?
9. В чем заключается разница между фазовыми переходами первого и второго рода?
Домашнее задание:
[0.1.] № 6.330, 6.356, 6.357
Контрольная работа №2 (2 часа).
Вопросы, выносимые на 1 коллоквиум:
1. История развития учения о теплоте и строении вещества.
2. Предмет молекулярной физики.
3. Основные экспериментальные факты, свидетельствующие о дискретном строении вещества, межмолекулярных взаимодействиях, тепловом движении.
4. Масштабы физических величин в молекулярной теории: массы и размеры молекул. Число Авогадро.
5. Методы исследования молекулярной физики: термодинамический и статистический. Статистические закономерности и описание системы многих частиц. Макроскопическое и микроскопическое состояние системы.
6. Модель идеального газа.
7. Равновесное пространственное распределение частиц идеального газа. Биноминальное распределение (распределение Бернулли). Предельные случаи биноминального распределения: распределения Пуассона и Гаусса.
8. Флуктуации плотности идеального газа. Малость относительных флуктуаций.
9. Молекулярная теория давления идеального газа.
10. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева).
11. Элементарные сведения из теории вероятностей: теоремы сложений и умножения вероятностей.
12. Функция распределения вероятностей. Нахождение средних значений.
13. Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул: наивероятнейшая, средняя и среднеквадратичная
14. Распределение молекул по компонентам скоростей. Экспериментальная проверка распределения Максвелла.
15. Распределение Больцмана. Барометрическая формула и атмосферы планет.
16. Энтропия и вероятность: метод наиболее вероятного распределения в статистики Больцмана.
17. Распределение Максвелла-Больцмана.
18. Явление переноса в газах. Диффузия: закон Фика. Внутреннее трение (перенос импульса): закон Ньютона - Стокса. Теплопроводность: закон Фурье.
19. Связь коэффициентов переноса с молекулярно-кинетическими характеристиками газа.
20. Столкновения молекул в газе. Длина свободного пробега. Частота соударений. Газокинетический диаметр.
21. Внутреннее трение и теплопроводность.
22. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Формула Эйнштейна.
23. Опыты Перрена по определению числа Авогадро.
Контролируемая самостоятельная работа студентов (конспекты КСР):
24. Температура и термодинамическое равновесие. Эмпирические температурные шкалы. Идеально-газовая шкала температур. [II.3 гл 1 §11]
25. Способы измерения температуры и виды термометров. [II.1 гл 1 §15]
26. Броуновское движение. Вращательное броуновское движение. Работы Ж. Перрена и опытное определение числа Авогадро. [II.1 гл 1 §6,7]
27. Опытное определение скоростей молекул по месту молекулярных пучков.
[II.1 гл 1 §5], [II.3 гл 1 §8]
28. Способы получения и измерения вакуума. [II.1 гл 4 §7]
29. Явления в разреженных газах. [II.1 гл 4 §§1-6]
Вопросы, выносимые на 2 коллоквиум:
1. Термодинамические параметры. Нулевое начало термодинамики. Понятие термодинамического равновесия.
2. Физические ограничения термодинамической теории. Квазистатические процессы. Обратимые и необратимые процессы.
3. Внутренняя энергия системы. Формы энергообмена между системами – теплота и работа.
4. Теплоёмкость системы. Теплоемкость идеального газа. Связь теплоемкости газа с числом степеней свободы молекул.
5. Первое начало термодинамики. Уравнение Майера.
6. Политропический процесс. Уравнение политропы и его частные случаи.
7. Классическая теория теплоемкости твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Фундаментальные трудности классической теории теплоемкости.
8. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.
9. Преобразование теплоты в работу. Нагреватель, рабочее тело, холодильник. Коэффициент полезного действия. Тепловой двигатель и холодильная машина. Цикл Карно и его КПД.
10. Две теоремы Карно.
11. Термодинамическая шкала температур и её тождественность идеально-газовой шкале. Нестандартные единицы измерения температуры.
12. Неравенство Клазиуса. Второе начало термодинамики. Формулировка Клазиуса и Томсона (Кельвина).
13. Приведенная теплота и энтропия. Энтропия идеального газа.
14. Закон возрастания энтропии в неравновесной изолированной системе. Энтропия и вероятность. Микро- и макросостояния системы.
15. Термодинамическая вероятность. Принцип Больцмана. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики.
16. Недостижимость абсолютного нуля. Теорема Нернста.
17. Реальные газы – учет взаимодействия и размеров молекул. Экспериментальные изотермы реального газа.
18. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние
19. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля - Томсона
20. Область двухфазных состояний. Метастабильные состояния. Закон соответственных состояний.
21. Силы межмолекулярного взаимодействия. Потенциал Леннарда - Джонса.
22. Свойства жидкого состояния. Свободная энергия. Поверхностное натяжение.
23. Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол.
24. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Капиллярные явления.
25. Давление насыщенных паров над менисками.
26. Вязкость жидкости.
27. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.
28. Кристаллические и аморфные состояния. Кристаллы. Симметрия кристаллов.
29. Элементы точечной симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр инверсии, инверсионная ось симметрии, зеркально-поворотная ось симметрии. Трансляция и трансляционная симметрия.
30. Кристаллическая решетка. Элементарная ячейка. Сингонии. Решетка Браве. Индексы Миллера.
31. Изоморфизм и полиморфизм. Фазы переменного состава.
32. Дефекты в кристаллах. Дислокации.
33. Понятие о жидких кристаллах.
34. Классификация фазовых переходов по Эренфесту. Термодинамический потенциал Гиббса как функция состояния. Фазовые переходы первого рода.
35. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Скрытая теплота перехода.
36. Тройная точка. Фазовые переходы второго рода. Аномалии теплового расширения при фазовых переходах.
Контролируемая самостоятельная работа студентов (конспекты КСР):
37. Методы получения низких температур и сжижения газов. [II.1 гл 8 §§3-8]
38. Растворимость тел. Закон Генри. [II.3 гл 4 §37]
Вопросы для контролируемой самостоятельной работы студентов (КСР):
1. Температура и термодинамическое равновесие. Эмпирические температурные шкалы. Идеально-газовая шкала температур. [II.3 гл 1 §11]
2. Способы измерения температуры и виды термометров. [II.1 гл 1 §15]
3. Броуновское движение. Вращательное броуновское движение. Работы Ж. Перрена и опытное определение числа Авогадро. [II.1 гл 1 §6,7]
4. Опытное определение скоростей молекул по месту молекулярных пучков.
[II.1 гл 1 §5], [II.3 гл 1 §8]
5. Способы получения и измерения вакуума. [II.1 гл 4 §7]
6. Явления в разреженных газах. [II.1 гл 4 §§1-6]
7. Методы получения низких температур и сжижения газов. [II.1 гл 8 §§3-8]
8. Растворимость тел. Закон Генри. [II.3 гл 4 §37]
ЗАДАЧИ К ЭКЗАМЕНУ ПО КУРСУ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА»
1. Идеальный газ находится в сосуде достаточно большого объема при температуре t = 270С и давлении Р = 1 атм. Оценить среднеквадратичное отклонение sm числа молекул от среднего значения <m> в малом объеме v = 1 см3, а также относительную флуктуацию числа молекул газа в этом объеме, т.е. отношение среднеквадратичного отклонения числа молекул от среднего значения к среднему значению sm/<m>.
Ответ:
» 0,5×1010, sm/<m> = [Pv/(kT)]-1/2 » 2×10-10.2. Испускание электронов нитью накала, находящейся в вакуумной трубке, происходит очень редко, случайным образом, причем среднее число электронов, испущенных за одну секунду, равно n[1/c]. Поделив время наблюдения t на большое число N столь малых интервалов времени, чтобы вероятность испускания нитью электрона за это время была много меньше единицы, определить средний полный заряд <Q>, испущенный нитью за время t, и дисперсию заряда
, считая, что N интервалов представляют собой статистическую систему независимых идентичных элементов.Ответ:
.3. Температура гелия (молярная масса m = 4 г/моль), распределение молекул которого по скоростям можно считать максвелловским, изменилась от Т1 = 200 К до Т2 = 400 К. Число молекул, скорости которых лежат в узком интервале скоростей от V до V + DV, осталось прежним. Определить скорость этих молекул.
Ответ:
» 1300 м/с.4. Полагая распределение молекул азота (молярная масса m = 28 г/моль) по скоростям максвелловским, рассчитать наивероятнейшую скорость поступательного движения одной молекулы и среднюю полную энергию всех молекул, занимающих при давлении Р = 2×105 Па и температуре t = 270С объем V = 30 литров.