- •Розділ 1. Механіка
- •§ 1.1. Кінематика механічного руху
- •§ 1.2. Швидкість і прискорення
- •§ 1.3. Кінематика обертового руху матеріальної точки
- •§ 1.4 Закони динаміки. Поняття маси, сили, імпульсу, імпульсу сили. Інерціальні системи відліку
- •§ 1.5. Імпульс системи. Закон збереження імпульсу
- •§ 1.6. Центр мас (інерції) системи. Закон руху центра мас
- •§ 1.7. Межі застосування класичного опису частинок
- •§ 1.8. Основний закон динаміки поступального руху твердого тіла
- •§ 1.9. Динаміка обертового руху твердого тіла відносно осі. Поняття моменту інерції, моменту сили та моменту імпульсу твердого тіла.
- •§ 1.10. Закон збереження моменту імпульсу твердого тіла відносно осі
- •§ 1.11. Поняття енергії і роботи. Робота сили. Потужність.
- •§ 1.12. Кінетична енергія. Теорема про зміну кінетичної енергії.
- •§ 1.13. Потенціальні і непотенціальні сили
- •§ 1.14. Потенціальна енергія та її зв’язок з потенціальними силами
- •§ 1.15. Потенціальна енергія гравітаційної взаємодії
- •§ 1.16. Потенціальна енергія пружної взаємодії
- •§ 1.17. Повна механічна енергія. Закон збереження повної механічної енергії.
- •§ 1.18. Графічне представлення енергії
- •§ 1.19. Перетворення координат Галілея
- •§ 1.20. Інерціальні системи відліку. Механічний принцип відносності
- •§ 1.21. Неінерціальні системи відліку. Сили інерції
- •§ 1.22. Властивості простору і часу у класичній механіці
- •§ 1.23. Постулати спеціальної теорії відносності (ств). Перетворення Лоренца
- •§ 1.24. Властивості простору і часу в релятивістській механіці (наслідки із перетворень Лоренца)
- •§ 1.25. Правила додавання швидкостей в релятивістській механіці
- •§ 1.26. Маса, імпульс і основний закон динаміки в релятивістській механіці
- •§ 1.27. Закон взаємозв’язку між масою і енергією
- •§ 1.28. Про єдиний закон збереження маси, імпульсу і енергії
- •§ 1.29. Гідростатика нестисливої рідини. Закон Паскаля. Гідростатичний тиск. Закон Архімеда
- •§ 1.30. Рух ідеальної рідини. Рівняння нерозривності. Рівняння Бернуллі
- •§ 1.31. Гідродинаміка в’язкої рідини. Сила Стокcа
- •Розділ 2. Основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •§ 2.1. Статистичний і термодинамічний методи дослідження. Тепловий рух. Основні поняття
- •§ 2.2. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 2.3. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
- •§ 2.4. Середня квадратична швидкість молекул. Молекулярно-кінетичне тлумачення температури
- •§ 2.5. Розподіл Максвела молекул за швидкостями та енергіями
- •§ 2.6. Барометрична формула. Розподіл Больцмана частинок у потенціальному полі
- •§ 2.7. Внутрішня енергія системи. Теплота і робота
- •§ 2.8. Робота розширення (стискання) газу
- •§ 2.9. Перше начало термодинаміки та його застосування до ізопроцесів
- •§ 2.10. Середня кінетична енергія молекул. Внутрішня енергія ідеального газу
- •§ 2.11. Теплоємність газів. Недоліки класичної теорії теплоємностей
- •§ 2.12. Адіабатичний процес. Рівняння Пуасона
- •§ 2.13. Оборотні та необоротні процеси. Цикли
- •§ 2.14. Цикл Карно. Максимальний ккд теплової машини
- •§ 2.15. Друге начало термодинаміки. Нерівність Клаузіуса
- •§ 2.16. Ентропія. Закон зростання ентропії
- •§ 2.17. Статистичний зміст другого начала термодинаміки
- •§ 2.18. Ефективний діаметр молекули. Середнє число зіткнень і середня довжина вільного пробігу
- •§ 2.19. Явища перенесення
- •§ 2.20. Молекулярно-кінетична теорія явищ перенесення
- •§ 2.21. Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса
- •§ 2.22. Ізотерми Ван-дер-Ваальса. Метастабільні стани. Критична точка
- •§ 2.23. Характер теплового руху в рідинах. Поверхневий натяг. Явище змочування. Капілярні явища
- •§ 2.24. Характер теплового руху у твердих тілах. Теплоємність і теплове розширення твердих тіл
- •§ 2.25. Фази і фазові перетворення. Умови рівноваги фаз. Потрійна точка
- •§ 2.26. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса
- •§ 2.27. Фазові діаграми
- •§ 3.1.Електричний заряд. Електричне поле. Закон Кулона. Напруженість та індукція електричного поля. Принцип суперпозиції електричних полів
- •§ 3.2. Потік вектора напруженості та індукції електричного поля. Теорема Остроградського-Гауса
- •§ 3.3. Розрахунок електричних полів за допомогою теореми Остроградського-Гауса
- •§ 3.4. Робота сил електричного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості електричного поля. Потенціал
- •§ 3.5. Розрахунок потенціалу електричного поля деяких заряджених тіл
- •§ 3.6. Провідники в електричному полі. Електроємність відокремленого провідника
- •§ 3.7. Конденсатори. Електроємність конденсатора. З’єднання конденсаторів
- •§ 3.8. Енергія зарядженого тіла і конденсатора. Енергія і густина енергії електричного поля
- •§ 3.9. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків
- •§ 3.10. Електричний струм. Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі
- •§ 3.11. Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола і для повного кола
- •§ 3.12. Розгалужені електричні кола. Закони Кірхгофа. З’єднання провідників
- •§ 3.13. Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца
- •§ 3.14. Електричний струм в металах. Термоелектронна емісія. Контактні явища
- •§ 3.15. Електричний струм в електролітах
- •§ 3.16. Електричний стум в газах. Плазма
- •§ 3.17. Електричний струм у вакуумі
§ 2.19. Явища перенесення
Займемося тепер процесами, що виникають у системі при порушенні рівноваги. Наука, що вивчає такі процеси, називається фізичною кінетикою, вона базується на уявленні про молекулярну будову речовини і взаємодію молекул.
Всяке порушення рівноваги супроводжується виникненням потоку чи молекул, чи заряду, чи чогось іншого. Тому процеси, якими займається фізична кінетика, називаються процесами перенесення. Ясно, що процеси перенесення є необоротними. Нижче познайомимося з трьома явищами перенесення: дифузії, внутрішнього тертя і теплопровідності.
Явище дифузії полягає у взаємному проникненні і перемішуванні частинок речовини внаслідок неоднаковості густини чи різниці між концентраціями компонент суміші в різних місцях об’єму. Потік маси виникає в напрямку зменшення густини (чи концентрації). Явище описується емпіричним законом Фіка
.
Тут: m – маса речовини, що переноситься через перпендикулярну до напрямку перенесення поверхню площею ; – час перенесення, – градієнт*) густини в напрямку осі z (в напрямку перенесення речовини , з чим пов’язаний знак “мінус” у правій частині закону; – густина речовини); D – ____________
*) Ця назва – данина традиції, в дійсності – проекція градієнта на вісь z.
коефіцієнт дифузії, . Фізичний зміст параметра D: коефіцієнт дифузії чисельно рівний масі речовини, що переноситься через одиницю площі за одиницю часу при одиничному градієнті густини.
Закон Фіка можна записати ще через число молекул (N), що переносяться внаслідок існування градієнту концентрації dn/dz в напрямку осі z:
. (2.61)
Остання форма запису одержується з попередньої, якщо скористатися зв’язком густини з концентрацією та очевидною рівністю , де – маса однієї молекули.
Явище внутрішнього тертя (в’язкості) пов’язане з виникненням сил тертя між шарами рідини чи газу, що переміщуються один відносно другого. Механізм явища – накладання хаотичного теплового руху молекул на направлений рух шарів. Для сили внутрішнього тертя справджується емпірично встановлений закон Ньютона
.
Т
Рис.2.16
На рис.2.16 вектори та – швидкості двох паралельних шарів; – сила внутрішнього тертя, що діє з боку шару “2” на шар “1”, – сила, що діє з боку шару “1” на шар “2”. Ясно, що .
Фізичний зміст коефіцієнта : в’язкість речовини чисельно рівна силі внутрішнього
тертя, що виникає між двома паралельними одиничної площі шарами рухомої рідини чи газу
при одиничному градієнті швидкості шарів у перпендикулярному до руху напрямку.
Зазначимо, що поряд з динамічною в’язкістю зустрічається кінематична в’язкість і пов’язана зі в’язкістю текучість .
Якщо вздовж осі z існує градієнт температури , то в напрямку зменшення температури виникає потік тепла через деяку поверхню площею , перпендикулярну до осі. Це – явище теплопровідності. Його описує закон Фур’є (теж емпіричний):
,
де Q – кількість теплоти, – час протікання процесу, – теплопровідність речовини . Механізм явища – передача енергії теплового руху молекул при їх зіткненнях. Фізичний зміст коефіцієнта : теплопровідність чисельно рівна кількості теплоти, що проходить через одиничну площадку за одиницю часу при одиничному градієнті температури. Зауваження: не треба плутати теплопровідність з температуропровідністю – мірою теплоінерційних властивостей речовини. Температуропровідність – це швидкість зміни температури речовини.