1.1. Предмет і метод молекулярної фізики і термодинаміки. Ідеальний газ.5
1.1.1. Молекулярна фізика і термодинаміка. Їх задачі і методи
1.1.2. Макроскопічні параметри і їх мікроскопічна трактовка
1.1.3. Закони ідеальних газів
1.1.4. Рівняння стану ідеального газу
1.1.5. Основне рівняння МКТ газів
1.1.6.Температура. Поняття температур
1.2. Перший закон термодинаміки...................................................................18
1.2.1. Внутрішня енергія термодинамічної системи
1.2.2. Теплота. Робота. Теплоємність
1.2.3. Перший закон термодинаміки
1.2.4. Ізопроцеси ідеального газу
1.2.4.а. ізотермічний
1.2.4.б. ізобарний
1.2.4.в. ізохорний
1.2.4.г. адіабатичний
1.3. Другий закон термодинаміки....................................................................32
1.3.1. Кругові процеси
1.3.2. Цикли Карно
1.3.2.а. Прямий обернений цикл Карно
1.3.2.б. Обернений рівновісний цикл Карно
1.3.2.в. Необернений цикл Карно
1.3.3. Нерівність Клаузіуса
1.3.4. Ентропія та її властивості
1.3.5. Другий закон термодинаміки
1.4. Термодинамічний потенціал. Теорема Нернста......................................41
1.4.1. Внутрішня енергія
1.4.2. Енергія Гальм-Гольца
1.4.3. Ентальпія
1.4.4. Потенціал Гіббса
1.4.5. Теорема Нернста. Третій закон термодинаміки
2.ТВЕРДІ ТІЛА, РІДИНИ ТА ГАЗИ. ЇХ ВЛАСТИВОСТІ
2.1. Кристали та їх властивості........................................................................48
2.1.1. Будова кристалу
2.1.2. Класи і типи кристалів
2.1.3. Дефекти в кристалах
2.1.4. Теплоємність кристалів
2.2. Рідини та їх властивості.............................................................................56
2.2.1. Будова рідини
2.2.2. Поверхневий натяг
2.2.3. Явища на межі рідини і твердого тіла
2.2.4. Капілярні явища
2.2.5. Ламінарний та турбулентний рух
2.3. Фазові переходи..........................................................................................64
2.3.1. Фаза, фазові переходи
2.3.2. Випаровування, плавлення, конденсація, кристалізація
2.3.3. Рівняння Клайперона-Клаузіуса
2.3.4. Потрійна точка. Діаграма стану
2.4. Розподіл молекул газу за енергіями.........................................................71
2.4.1. Закон розподілу Больцмана
2.4.2. Закон розподілу Максвела
2.4.3. Закон розподілу Максвела-Больцмана
Основні означення і поняття. Основи МКТ газів і термодинаміки
Лекція 1
1.1. Предмет і метод молекулярної фізики і термодинаміки. Ідеальний газ
1.1.1. Молекулярна фізика і термодинаміка. Їх задачі і методи
Молекулярна фізика і термодинаміка вивчають фізичні властивості макроскопічних тіл, що знаходяться як в рівновісному, так і в нерівновісному стані, і складаються з великої кількості макроскопічних частинок(атомів, іонів...). Молекулярна фізика і термодинаміка розрізняються різними підходами до вивчення явищ, і тому ці розділи фізики взаємодоповнюють один одного.
Молекулярна фізика – область фізики, в якій вивчають фізичні властивості тіл в різних агрегатних станах на прикладі розгляду їх мікроскопічної будови.
Термодинаміка – наука про найбільш загальні властивості макроскопічних фізичних систем, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги; та про процеси переходу між цими станами.
В молекулярній фізиці розглядається будова газів, рідин, твердих тіл, їх зміна під дією зовнішніх умов (температура, тиск, електричне і магнітне поля), явищ переносу (дифузія, теплопровідність, внутрішнє тертя), фазові рівноваги і процеси фазових перетворень (плавлення, випаровування, конденсація, кристалізація).
Предметом МКТ будови речовини є макроскопічні явища. Основні положення МКТ полягають в:
1. усі тіла складаються з атомів і молекул;
2. атоми і молекули в тілах знаходяться в неперервному хаотичному русі (тепловий рух молекул);
3. атоми і молекули різних речовин взаємодіють по-різному.
Ці положення знаходять своє дослідне підтвердження у явищах:
а) здатність газів займати будь-який представлений їм об’єм;
б) тиск газів на стінки посудини;
в) взаємна розчинність різних речовин одна в одній;
г) різною стискаємістю і різним розширенням різних по хімічній природі і агрегатному стану тіл;
д) Броунівському русі;
е) законі кратних відношень Дальтона;
ж) різних умовах плавлення, твердіння, випаровування і конденсації тіл та інших спостерігаємих у природі явищ.
Теоретичною моделлю є ідеальний газ. Ідеальний газ – сукупність однакових хаотично рухаючихся молекул, взаємодія між якими зводиться до пружного удару; розміри молекул нескінченно малі порівняно з відстанню між молекулами, тому ці розміри не враховуються.
Для систем, які складаються з великої кількості частинок, характерні статистичні властивості, а не динамічні. Для окремих матеріальних частинок, або систем, які складаються з великої кількості цих частинок динамічний метод визначення положення у просторі не може бути використаний. А закономірності зміни стану цих тіл – поведінка – динамічний метод. Для системи, яка складається з великої кількості частинок використовуються так-звані статистичні закономірності в поведінці таких тіл, ця поведінка в досить широких межах не залежить від початкових умов стану окремих частинок. Можна сказати, що коли така система буде представлена сама собі, повертатиметься у початкове положення, властивості якого визначено тільки початковим числом частинок, їх сумарною енергією та подібними характеристиками.
Частина МКТ, яка вивчає властивості речовини в стані рівноваги – статистична фізика рівновісних процесів.
Термодинаміка вивчає властивості макротіл як в рівновісному, так і в нерівновісному стані. Термодинаміка не вводить спеціальних гіпотез про будову речовини і про фізичну природу теплоти. Її висновки основані лише на загальних початках, що є уособленням дослідних фактів. Вона вивчає властивості тіл і перетворення одних видів енергії в інші, не вникаючи в мікроскопічні процеси, що протікають в тілах, наприклад тиск газу на стінки посудини розглядається як параметр, який можна вимірювати експериментально, або розраховувати, вирішуючи рівняння.
При використанні методів статистичної фізики, в термодинаміці можна побачити, що закони термодинаміки виражають властивості частинок, що представляють дану систему і носять статистичний характер.
