Билет №13 - Внутренняя энергия.
Кроме механической энергии все макроскопические тела обладают ещё и внутренней энергией. Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центра масс тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел). Внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией движущихся частиц, так как Еп=0. Е= одного атома, число атомов N=. U=. Na*k=R (универсальная газовая постоянная). U=. U=. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре U~T, массе U~m, и обратно пропорциональна молярной массе U~. Внутренняя энергия макроскопических тел определяется однозначно параметрами, характеризующими состояние этих тел: T и V.
Билет №14 - Работа, необходимая для изменения состояния газа.
При совершении работы газом или над газом его внутренняя энергия изменяется, так как происходит сжатие и при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем, изменяется их кинетическая энергия и изменяется состояние газа. 1)h=h-h=-( h-h). 2)h= h-h. F`=F - третий закон Ньютона. A=F*S*cos. A - работа над газом, A`- работа газа. A`=F`*h=pS ( h-h)=p*V. 1) Если работа совершается над газом, то h<0, V<0, значит A`<0, A>0. 2) Если работу совершает газ, то h>0, V>0, значит A`>0, A<0. Работа газа A` на графике зависимости давления газа от объёма равна площади фигуры ABCD.
Билет №16 - Первый закон термодинамики. Применение его к законам и различным процессам.
В 19 веке немецким учёным Майером был открыт закон сохранения энергии. Формулировка его звучит так: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространённый на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики. В термодинамике рассматриваются тела, механическая энергия которых не изменяются, а за счёт совершения работы и передачи теплоты изменяется внутренняя энергия. Таким образом, изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе. U=A+Q. В изолированной системе A=0 и Q=0, значит U=U-U=0. U=U. Первый закон термодинамики можно записать так: Q=U+A`. Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними силами. Работа и количество теплоты не содержатся в теле. Они лишь характеризуют процесс изменения его внутренней энергии. Рассмотрим применение первого закона к изопроцессам, если система тел - идеальный газ. 1) Изотермический процесс - T=const, T=0, U==0, Q=A`. Если Q>0, то A`>0; если Q<0, то A`<0. 2) Изохорный процесс - V=const, V=0, значит A`=pV=0, значит Q=U. Если Q>0, то U>0; если Q<0, то U<0. 3) Изобарный процесс - p=const, P=0, Q=U+A`, значит Q>0, A`>0, U>0 или Q<0, A`<0, U<0. 4) Адиабатный процесс (процесс, происходящий в теплоизолированной системе) - Q=0, U=A или A`=- U. Если U>0, то A>0; если U<0, то A<0.
Билет №17 - Второй закон термодинамики. Необратимость процессов в природе.
Невозможно перевести теплоту от более холодной системе к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах - так сформулировал второй закон термодинамики немецкий учёный Клаузиус. Важность этого закона состоит в том, что из него можно вывести заключение о необратимости не только процесса теплопередачи, но и всех процессов в природе. Необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении, в обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса. Так, если мячик падает, то его механическая энергия при приземлении переходит во внутреннюю энергию поверхности и мячика, но мячик, лежащий на поверхности не может взлететь только за счёт внутренней энергии. Это противоречит второму закону термодинамики.
Билет №18 - Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя.
Тепловыми двигателями называются машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Для того, чтобы двигатель совершал работу, необходима разница давлений по обе стороны поршня или лопасти турбины. Разница давлений достигается за счёт повышения температуры топлива в нагревателе за счёт его (топлива) сгорания. Но часть внутренней энергии остаётся у рабочего тела после работы, когда оно попадает в холодильник. A`=. Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называется отношения работы A`, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. ===1-. . Французский учёный Карно придумал идеальную машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. max=, <1. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю =1. Повышение КПД тепловых машин и приближение его к максимально возможному - важнейшая техническая задача.
Билет №20 - Зависимость температуры кипения от давления и критическая температура.
Кипение - это интенсивный процесс переход жидкости в пар вследствие образования и роста пузырьков пара, которые при определённой температуре всплывают на её поверхность и лопаются. Эта температура называется температурой кипения. Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения, и обратно, чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Критическая температура - это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром. Пар, нагретый до температуры выше критической, называется перегретым. Жидкость, нагретая до температуры выше критической, называют перегретой жидкостью. При температуре выше критической газ ни при каких давлениях нельзя перевести в жидкость.
Билет №21 - Насыщенный и ненасыщенные пары. Зависимость давления от плотности насыщенного пара, от температуры.
Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным. Динамическое равновесие между жидкостью и паром устанавливается тогда, когда число молекул, покидающих поверхность жидкости, равно числу молекул, в неё возвращающихся. Газ, который простым сжатием можно превратить в жидкость, называется ненасыщенным. Концентрация молекул насыщенного пара и его давление не зависит от объёма. p=nkT. Давление пара p, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара. p=nkT. Так как давление насыщенного пара не зависит от объёма, значит оно зависит только от температуры, но при нагревании часть жидкости переходит в пар, значит, увеличивается его концентрация (плотность), значит давление увеличивается и за счёт увеличения концентрации (участок AB на графике), но когда вся жидкость испарится, то давление будет увеличиваться только за счёт увеличения Т. Закон Шарля не выполняется. Для насыщенного пара выполняются уравнения Менделеева p=pT, p=nkT. Закон Бойля-Мариотта не выполняется, так как давление и n не зависят от объёма.
Билет №22 - Влажность воздуха. Точка росы и измерение влажности.
Влажность воздуха - это содержание водяного пара в воздухе. Абсолютная влажность - это количество водяного пара, содержащееся в одном кубическом литре воздуха (плотность паров воды, содержащихся в воздухе). , =,. Относительная влажность - это отношение абсолютной влажности к количеству водяного пара, необходимого для насыщения одного м воздуха при данной температуре. Относительной влажностью называют отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре к давлению p насыщенного пара при той же температуре *100%. Парциальное давление - это давление, производимое водяным паром, если бы все другие газы отсутствовали. Температура, при которой ненасыщенный пар становится насыщенным, называют точкой росы. Влажность можно измерить с помощью гигрометра (волосяного или металлического) или психрометра. Психрометр состоит из сухого и влажного термометров, по таблице и по разнице температур между ними определяют относительную влажность.
Билет №23 - Кристаллические и амфорные тела.
Твёрдые тела находятся преимущественно в кристаллическом состоянии. Кристаллы - это твёрдые тела, атомы и молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Кристаллы имеют плоские грани и правильную внешнюю форму. Физические свойства кристалла зависят от выбранного в нём направления, например, кусок слюды в одном направлении можно легко разорвать на тонкие пластинки, но разорвать его по направлению, перпендикулярному пластинкам, значительно сложнее. Это объясняется строением его кристаллической решётки. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией. Все кристаллы анизотропные. Твёрдое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов называют поликристаллическим. В поликристаллических телах все направления равноправны и их свойства по всем направлениям одинаковы, но в каждом из маленьких кристалликов анизотропия проявляется. Одиночные кристаллы называются монокристаллами. Примером монокристалла служит крупинка соли, а поликристалла - металлы, кусок сахара. Кроме кристаллической твёрдые тела имеют ещё и амфорную форму. У амфорных тел нет строгого порядка в расположении частиц. Только ближайшие атомы-соседи располагаются в строгом порядке. Свойства: 1) Все амфорные тела изотропны, то есть их свойства одинаковы по всем направлениям. 2) При внешних воздействиях амфорные тела обнаруживают одновременно другие свойства как твёрдые тела и текучесть как жидкости. 3) При низких температурах амфорные тела напоминают твёрдые тела по своим свойствам, а при повышении температуры их свойства их свойства всё более и более приближаются к свойствам жидкости. Определённой температуры плавления у амфорных тел нет. Например стекло, смола. Понимание структуры амфорных и кристаллических тел позволяет создавать материалы с заданными свойствами.