Основы физики (стр. 3 из 12)
Постулаты СТО Эйнштейна:
1) Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные внутри данной инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно. Все законы природы инварианты по отношению к переходу от одной ИСО к другой.
2) Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех ИСО.
8. Второе начало термодинамики и его статистическое толкование. Энтропия, ее статистический и термодинамический смысл
Второе начало термодинамики и его статистическое толкование.
Существует однозначная функция состояния системы, которая называется энтропией. Изменение энтропииопределяется формулой
, где знак равенства относится к равновесным процессам, а неравенства кнеравновесным.Второе начало имеет ещё формулировки, которые эквивалентны друг другу: А) невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от некоторого тела, в эквивалентную ей работу;
Б) невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергиивформе теплоты оттела менее нагретого к телу более нагретому.
Понятие равновесия в статистической физике - это наиболее вероятное состояние. Но система не находится неподвижно в этом состоянии. Наблюдения обнаруживают частью малые отклонения от равновесия -флуктуации. Поэтому энтропия S (которая естьklnWT— термодинамическая вероятность) тоже колеблется около положения равновесия.
Система кратковременно переходит из более вероятных в менее вероятное состояние. Но если систему вывести из состояния, она в среднем движется так, чтобывернуться в это состояние, хотя это возвращение тоже может сопровождаться колебаниями.
Энтропия, ее статистический и термодинамический смысл.
Отношение тепла к температуре называется приведенное тепло или энтропия.
Энтропию в физику ввел Кпауэиус. Понятие энтропии играет важную роль при установлении степенинеобратимости реальных процессов.
S = klnW. Наибольшая вероятность существует в равновесном состоянии. Энтропия является мерой вероятности состояния макро системы, чем больше энтропия, тем больше вероятность. Максимальная упорядоченность - минимум энтропии. Максимальная неупорядоченность - максимум энтропии. Равновесное состояние соответствует хаотическому движению. Самопроизвольно стремится замкнутая система к равновесному состоянию, к росту энтропии, к хаотическому беспорядочному движению, это статистический смысл энтропии. Термодинамический смысл энтропии - уменьшение возможности выполнить полезную работу.
9. Основное уравнение Молекулярно – кинетической теории газов. Температура
Основное уравнение МКТ газов устанавливает зависимость между давлением газа, его объемом и кинетической энергией поступательного движения его молекул:
суммарная кинетическая энергия поступательного движения N одинаковых молекул газа, находящихся в V объеме, m – масса, υi – скорость.
Если газ в объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями υ1, υ2, …, υn, то целесообразно рассматривать среднюю квадратичную скорость
- масса газа
ρ = nm – плотность газа, n – число частиц в единице объема n=N/V
Для 1 моля газа:
- средняя кинетическая энергия хаотического теплового движения.
Сравним с уравнением Менделеева – Клапейрона для 1 моля
Уравнение Менделеева – Клапейрона истолковывают абсолютную температуру
Абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии теплового хаотического движения молекул идеального газа.
В термодинамике температура T является величиной, характеризующей направление теплообмена между телами. В состоянии равновесия системы температура всех тел, входящих в систему, одинакова. Для измерения температуры используется тот факт, что при изменении температуры тела изменяются почти все его физические свойства: длина и объем, плотность, упругие свойства, электропроводность и др. Основой для измерения температуры может являться изменение любого из этих свойств какого-либо одного тела (термометрическое тело), если для него известна зависимость данного свойства от температуры.
Температурная шкала, устанавливаемая с помощью термометрического тела, называется эмпирической. По решению IX Генеральной конференциипо мерам и весам в 1948 г. для практического употребления принята международная стоградусная температурная шкала. Дляпостроения этой шкалы, установления начала отсчета температуры и единицы ее измерения — градуса Цельсия — принимается, что при нормальном атмосферном давлении в 1,01325· 105 Н/м2 температуры плавления льда и кипения воды равны соответственно 0°С и 100°С. IX Генеральная конференция по мерам и весам установила абсолютную термодинамическую шкалутемпературы, в которой температура измеряется в градусах Кельвина (Кельвинах — К) и обозначается Т. Связь между абсолютной температурой Т и температурой tпо стоградусной шкале: T=273,15 + t.
Температура T=0 К (по шкале Цельсия - 273,15°С) называется абсолютным нулем температуры.
10. Идеальная тепловая машина. Цикл Карно. КПД цикла
1°. Циклом Карно называется прямой обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотерм 1—1' и 2—2' и двух адиабат 1—2 и 1'—2'. При изотермическом расширении 1—1' рабочее тело получает от нагревателя (теплоотдатчика) — источника энергии с постоянной температурой Т1 — количество теплоты Q1. При изотермическом сжатии 2'—2 рабочее тело отдает холодильнику (теплоприемнику), имеющему, постоянную температуру Т2(Т2<.Т1), ' количество теплоты Q2. При адиабатном расширении и сжатии энергия извне к рабочему телу не поступает и. эти процессы происходят за счет изменения его внутренней энергии
2°. Термическим (термодинамическим) коэффициентом полезного действия (к. п. д.) произвольного цикла называется отношение ра боты А, совершенной рабочим телом в прямом цикле, к количеству
теплоты Q1, сообщенному рабочему телу нагревателем:
3°. Термический к. п. д. обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и определяется только температурами нагревателя T1 и холодильника T2:
ηК<1, ибо практически невозможно осуществить условие T1→∞ и теоретически невозможно осуществить холодильник, у которого Т2=0.
4°. Термический к. п. д. ηобр произвольного обратимого цикла не может превышать термический к. п. д. обратимого цикла Карно, осуществленного между теми же температурами Т1и T2 нагревателя и холодильника:
5°. Термический к. п. д. ηнеобр произвольного необратимого цикла всегда меньше термического к. п. д. обратимого цикла Карно, проведенного между температурами Т1и T2
Пункты 3°—5° составляют содержание теоремы Карно
6°. В обратимом цикле Карно отношение температур нагревателя и холодильника равно отношению количеств теплоты, соответственно отданной и полученной ими в цикле:
Это соотношение может быть положено в основу сравнения температур двух тел. Если эти тела выбраны в качестве нагревателя и холодильника в обратимом цикле Карно, то, измерив Q1и Q2, можно определить отношение T1/T2. Так устанавливается теоретически термодинамическая шкала температур. В соответствии с теоремой Карно (пп. 3°—5°) эта шкала не связана со свойствами термометрического тела.
11. Явление поверхностного натяжения. Поверхностная энергия. Капиллярные явления
1. Энергия поверхностного слоя и поверхностное натяжение жидкостей