Шпаргалка по "Физике"

 

22. Понятие сплошной среды. Общие  свойства жидкостей и газов.  Идеальная и вязкая жидкость. Уравнение Бернулли. Ламинарное  и турбулентное течение жидкости.

•Сплошная среда — механическая система, обладающая бесконечным числом внутренних степеней свободы. Её движение в пространстве, в отличие от других механических систем, описывается не координатами и скоростями отдельных частиц, а скалярным полем плотности и векторным полем скоростей. •Общие свойства: газы и жидкости обладают только объёмной упругостью. •Идеальной жидкостью называется воображаемая несжимаемая жидкость, в которой отсутствуют вязкость, внутреннее трение и теплопроводность. •Вязкая жидкость (Ньютоновская жидкость) – жидкость подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость. •Уравнение Бернулли: , где - плотность жидкости, – скорость потока, - высота рассматр-го элемента жидкости, – давление в этой точке. •Ламинарное течение – это упорядоченное плавное течение жидкости, при котором жидкость перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения, не перемешиваясь. Эти течения наблюдаются или у очень вязких жидкостей. •При турбулентном течении частицы жидкости совершают неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями жидкости, т.е. слоистая структура течения нарушается.

 

 

 

 

23. Основы молекулярно-кинетической  теории (МКТ) идеальных газов.  Основное уравнение МКТ. Молекулярно-кинетическое  истолкование температуры.

•Основы теории: все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов; частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом); частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. •Осн. уравнение МКТ: . •Температура в МКТ определяется как величина, характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

 

24. Распределение Максвелла. Скорости  теплового движения молекул.

•Распределение Максвелла — распределение вероятности, встречающееся в физике и химии. Оно лежит в основании кинетической теории газов, которая объясняет многие фундаментальные свойства газов. •Функция распределения – вероятность того, что любая из молекул газа в единице объёма обладает скоростью в интервале dv вблизи скорости v. •Вероятная скорость . •Средняя: . •Средняя квадратичная скорость: .

 

25. Барометрическая формула. Распределение  Больцмана для частиц во внешнем  потенциальном поле.

•Барометрическая формула — зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести: . •Распределение Больцмана – это распределение по энергиям частиц (атомов, молекул) идеального газа в условиях термодинамического равновесия: . В присутствии гравитационного поля (или, в общем случае, любого потенциального поля) на молекулы газа действует сила тяжести: .

 

26. Закон равномерного распределения  энергии по степеням свободы.  Число степеней свободы. Средняя  кинетическая энергия теплового  движения молекул.

•Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы: на каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия, равная . Таким образом, средняя кинетическая энергия молекулы равна . •Числом степеней свободы тела называется число независимых координат, которые полностью определяют положение тела в пространстве. •.

 

27. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины и их КПД.  Цикл Карно. Теоремы Карно.

•Обратимый процесс (равновесный) — термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причём система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остаётся макроскопических изменений. •Необратимым называется процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния. Все реальные процессы необратимы. •КПД тепловых машин: . •Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Состоит из двух адиабатических и двух изотермических процессов. Цикл может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной системы не меняется. •Первая теорема: КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого между двумя источниками теплоты, не зависит от свойств рабочего вещества, с помощью которого этот цикл осуществляется. •Вторая теорема: КПД необратимого цикла Карно всегда меньше обратимого цикла Карно, осуществляемого между одними и теми же источниками теплоты, имеющими постоянные, но разные температуры. •Третья теорема: Обратимый цикл Карно имеет наибольший КПД по сравнению с любыми обратимыми или необратимыми циклами, в которых наибольшая и наименьшая температуры равны соответственно температуре горячего источника и температуре холодного источника цикла Карно.

 

 

 

 

 

 

28. Энтропия и её свойства. Второе  начало термодинамики.

•Понятие  введено Р. Клаузиусом в 1865 г. Энтропия – функция состояния, дифференциал которой равен . Для обратимых процессов , для необратимых возрастает. •Согласно второму началу термодинамики невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю.

 

29. Связь энтропии с вероятностью состояния. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.

•Термодинамическая вероятность состояния системы – это число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы. Согласно Больцману  ; где k – постоянная Больцмана, W - термодинамическая вероятность. Из этого соотношения видно, что энтропия может рассматриваться как мера вероятности состояния термодинамической системы, энтропия является мерой неупорядоченной системы. Чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше её энтропия. •С точки зрения статистической термодинамики второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом: система стремится самопроизвольно перейти в состояние с максимальной термодинамической вероятностью. Статистическое толкование второго начала термодинамики придаёт энтропии конкретный физический смысл меры термодинамической вероятности состояния системы.

 

30. Явления переноса в термодинамически  неравновесных системах. Общая характеристика  переноса. Феноменологические уравнения  явлений переноса.

•В результате явлений переноса происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса. К ним относятся теплопроводность (перенос энергии), диффузия (перенос массы) и внутреннее трение (перенос импульса). •Теплопроводность - процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул (выравнивание температур). •Диффузия - самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и твёрдых тел; диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности. •Вязкость (внутреннее трение) -   обмен молекулами между слоями из-за хаотического теплового движения, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее.

 

31. Среднее число столкновений  и средняя длина свободного  пробега. Молекулярно-кинетическая  теория явлений переноса в  газах: теплопроводности, вязкого  трения, диффузии. Коэффициенты переноса.

•Средняя длина свободного пробега - расстояние, проходимое молекулой в среднем без столкновений: . •Среднее число столкновений: . •Общее уравнение переноса: , где – переносимая физическая характеристика. Для диффузии , для трения , где u – скорость слоя газа. Для теплопроводности .

 

32. Электростатическое поле, его  напряжённость. Напряжённость поля  точечного заряда. Принцип суперпозиции.

Электростатическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля. •Напряжённость электростатического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы  действующей на неподвижный пробный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда: . Силовая характеристика поля. •Согласно принципу суперпозиции результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил. В электростатике, напряжённость электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряжённостей полей отдельных зарядов. 33. Электрический диполь и его поле. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях.

•Электрический диполь — идеализированная электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов. •Поле диполя определяется формулой: . •В однородном поле на диполь действует момент пары кулоновских сил и . Момент вращает диполь до вып-я условия . •В неоднородном поле на диполь действует момент не равных по модулю сил и , вращающих диполь до вып-я условия ; Равнодействующая двух сил , втягивающая диполь в область более сильного поля.

 

34. Поток вектора напряжённости.  Теорема Гаусса и её применение  для расчёта напряжённости электростатического  поля.

•Число линий вектора E, пронизывающих некоторую поверхность S, называется потоком вектора напряжённости . •Теорема Гаусса: поток вектора напряжённости электрического поля через любую произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду. ,  где – поток вектора напряжённости через замкнутую поверхность S, полный заряд, содержащийся в объёме, который ограничивает поверхность. •Теорема Гаусса используется при расчёте напряжённости поля сферически симметричного распределения заряда, бесконечной плоскости, нити, и.т.д.

 

35. Работа электростатического  поля. Циркуляция вектора напряжённости  электростатического поля. Потенциал.  Связь потенциала с напряжённостью.

•На положительный точечный заряд q в электрическом поле с напряжённостью E действует сила . При перемещении заряда на отрезке силами поля совершается работа . , где . •Работа, совершаемая силами электрического поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру длиной l, определяется как циркуляция вектора напряжённости электрического поля: . Так как для замкнутого пути положения начальной и конечной точек перемещения заряда совпадают, то работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю, а значит, равна нулю и циркуляция вектора напряжённости, т.е. . Равенство нулю означает, что силы электрического поля являются силами консервативными, а само поле - потенциальным.

 

36. Типы диэлектриков. Связанные  заряды. Поляризованность.

•Полярные диэлектрики: полярные молекулы не меняют величину своего дипольного момента под действием электрического поля. В отличие от неполярных молекул, они ведут себя как жёсткие диполи. •Неполярные: в диэлектрическом поле на положительные и отрицательные заряды молекул будут действовать равные и противоположные силы, растягивающие молекулу. Действие этих сил приводит к деформации молекул и к возникновению у них дипольного момента. •Ионные: в электрическом поле положительные и отрицательные подрешётки ионной структуры смещаются друг относительно друга, и при этом возникает дипольный момент. •Связанные заряды: в результате процесса поляризации возникают некомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью

 

37. Теорема Гаусса для электростатического  поля в диэлектриках. Вектор электрического  смещения D. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества.

•Теорема  Гаусса для диэлектриков: Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключённых внутри этой поверхности сторонних электрических зарядов: . •Для непрерывного описания электрического поля с учётом поляризационных свойств среды вводится вектор электрического смещения (электрической индукции), который для изотропной среды записывается как .

•Диэлектрическая восприимчивость (или поляризуемость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях: . •Относительная диэлектрическая проницаемость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля. Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме