- •Кинематика материальной точки. Инерциальные системы отсчёта.
- •Первый и второй законы Ньютона. Сила, масса, импульс.
- •Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса. Центр масс.
- •Работа переменной силы. Потенциальное поле сил.
- •Кинетическая и потенциальная энергия. Законы сохранения энергии.
- •Кинематика вращательного движения. Момент сил. Условия равновесия твердого тела.
- •Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент инерции
- •Работа внешних сил при вращательном движении. Кинетическая энергия при вращательном движении.
- •Момент импульса твердого тела. Закон сохранения момента импульса.
- •Гармонические колебания. Скорость, ускорение. Сила в колебательном движении.
- •Энергия гармонического колебания.
- •Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Волны. Продольные и поперечные. Уравнение волны.
- •Термодинамический и молекулярно-кинетический методы изучения макроскопических тел. Изопроцессы.
- •Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная.
- •Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов для давления и энергии. Выводы из уравнения.
- •Закон распределения молекул по скоростям Максвелла и Больцмана.
- •Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.
- •Явления переноса в газах. Диффузия.
- •Внутренне трение. Теплопроводность.
- •Внутренняя энергия системы. Степени свободы. Теплоемкость.
- •25. Первое начало термодинамики ми его применение к изопроцессам.
- •Адиабатический процесс и его уравнение.
- •Работа газа при изопроцессах.
- •Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики.
- •Энтропия.
- •Второе начало термодинамики, его статистический смысл.
- •Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
- •Изотермы Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия реального газа.
- •Эффект Джоуля-Томпсона.
- •Электростатическое поле. Закон Кулона.
- •Поток вектора напряженности (смещение). Теорема Остроградского-Гаусса.
- •Электроемкость конденсатора.
- •Диэлектрики в электрическом поле.
- •Поляризация диэлектриков. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды.
- •Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект.
- •Недостатки классической теории электропроводности металлов.
- •Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.
- •Законы Кирхгофа.
Закон распределения молекул по скоростям Максвелла и Больцмана.
МА́КСВЕЛЛА РАСПРЕДЕЛЕ́НИЕ, распределение по скоростям частиц (молекул) макроскопической физической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, (в отсутствии внешнего поля, при условии, что движение частиц подчиняется законам классической механики. Установлено ДжHYPERLINK "http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=648841". К. Максвеллом в 1859.
Закон Максвелла о распределении молекул HYPERLINK "http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=634239"идеального газа по скоростям основан на предположениях, что газ состоит из большого числа N одинаковых молекул, его температура постоянна, а молекулы совершают тепловое хаотическое движение. При этом на газ не действуют силовые поля.
Функция распределения молекул по скоростям f(v)=dN(v)/Ndv определяет относительное число молекул dN(v)/N, скорости которых лежат в интервале от v до v+dvи имеет смысл плотности вероятности.
Для газа, подчиняющегося классической механике, в состоянии статистического равновесия функция распределения f Максвелла по скоростям имеет вид:
f(v) =n(m/2pkT)3/2exp(-mv2/2kT),
Где m — масса молекулы, Т — абсолютная температура системы, k — постоянная Больцмана.
Значение функции распределения f(v) зависит от рода газа (от массы молекул) и от температуры.
С помощью распределения Максвелла можно вычислять средние значения скоростей молекул и любых функций этих скоростей. В частности, средняя квадратичная скоростьv2 = 3kT/m, а средняя скорость молекулы v = (8kT/pm)1/2.
Распределение Максвелла не зависит от взаимодействия между молекулами и справедливо не только для газов, но и для жидкостей, если для них возможно применить классическое описание.
Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.
средние скорости молекул, газа очень велики - порядка сотен метров в секунду при обычных условиях. Однако процесс выравнивая неоднородности в газе вследствие молекулярного движения протекает весьма медленно. Это объясняется тем, что молекулы при перемещении испытывают соударения с другими молекулами. При каждом соударении скорость молекулы изменяется по величине и направлению. Вследствие этого, скорость, с которой молекула диффундирует из одной части газа в другую, значительно меньше средней скорости молекулярного движения. Для оценки скорости движения молекул вводится понятие средней длины свободного пробега. Таким образом, средняя дли свободного пробега - это среднее расстояние, которое проходит молекула от столкновения до столкновения.
движущаяся со средней скоростью молекула в течении одной секунды столкнется со всеми молекулами, центры которых находятся в объеме ограниченном цилиндром с радиусом 2r и длиной , т.е. .
Если концентрация молекул n , то внутри рассмотренного цилиндра находится число молекул, равное
Это число и определяет среднее число соударений за единицу времени.
|
|
Средний путь, проходимый молекулой за единицу времени, численно равен . Поэтому средняя длина свободного пробега равна или
|
|
Таким образом, средняя длина свободного пробега не зависит от температуры газа, т.к. с ростом температуры одновременно возрастают и , и .