- •1.Предмет молекулярной физики. Основные экспериментальные факты, свидетельствующие о дискретном строении вещества. Тепловое движение с точки зрения молекулярных представлений
- •3.Статистические закономерности и описание системы многих частиц. Макроскопические и микроскопические состояние системы.
- •4. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.
- •5.Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.
- •6.Молекулярная теория давления идеального газа.
- •7.Принципы конструирования термометра.
- •8.Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева).
- •9.Распределение Максвелла. Характерные скорости молекул.
- •10.Распределение Больцмана. Барометрическая формула.
- •11.Столкновение молекул в газе. Длина свободного пробега. Частота соударений.
- •12.Понятие термодинамического равновесия. Обратимые и необратимые процессы.
- •13.Первое начало термодинамики. Теплоемкость системы. Теплоемкость идеального газа. Связь теплоемкости газа с числом степеней свободы молекул.
- •14.Преобразование теплоты в работу. Нагреватель, рабочее тело, холодильник. Коэффициент полезного действия. Тепловой двигатель и холодильная машина. Цикл Карно и его кпд.
- •15.Второе начало термодинамики. Формулировка Клаузиуса и Томсона (Кельвина). Их эквивалентность.
- •16.Закон возрастания энтропии в неравновесной изолированной системе. Энтропия и вероятность.
- •17.Термодинамическая вероятность. Принцип Больцмана. Статистическая интерпретация второго начала термодинамики.
- •18.Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.
- •Уравнение состояния
- •Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
- •Критические параметры
- •Приведённые параметры
- •19.Изотермы Ван-дер-Ваальса. Критическое состояние. Область двухфазовых состояний. Метастабильные состояния.
- •20.Коэффициент поверхностного натяжения. Краевой угол. Давление под искривленной поверхностью жидкости.
- •21.Формула Лапласа. Капиллярные явления.
4. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия. Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.
Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их молекулярного строения, называются макроскопическими параметрами. К ним относятся давление и температура, объем, масса, концентрация отдельных компонентов смеси газа и др.
Состояние термодинамической системы, в которое она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от окружающей среды, называется тепловым равновесием. В этом состоянии параметры системы не изменяются со временем - это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют превращения газов, жидкостей и твердых тел. В состоянии теплового равновесия объем, давление могут быть различными в разных частях термодинамической системы, и только температура во всех частях термодинамической системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, является одинаковой. Микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии: меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.
Температура характеризует степень нагретости тела. Она является макроскопическим параметром, характеризующим тепловое равновесие систем тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру, а другие макроскопические параметры (р, V, т) могут быть различны.
Температура служит мерой средней кинетической энергии молекул:
где k - постоянная Больцмана, k = 1,38 • 10-23Дж/К, Т - температура по абсолютной шкале.
Состояние термодинамического равновесия называется устойчивым, если в этом состоянии не происходит изменения макроскопических параметров системы.
термодинамическое равновесие достигается, если скорость релаксационных процессов достаточно велика (как правило, это характерно для высокотемпературных процессов) либо велико время для достижения равновесия (этот случай имеет место в геологических процессах).
В реальных процессах часто реализуется неполное равновесие, однако степень этой неполноты может быть существенной и несущественной. При этом возможны три варианта:
равновесие достигается в какой-либо части (или частях) относительно большой по размерам системы — локальное равновесие,
неполное равновесие достигается вследствие разности скоростей релаксационных процессов, протекающих в системе — частичное равновесие,
имеют место как локальное, так и частичное равновесие.
Состояние термодинамического равновесия называется устойчивым, если в этом состоянии не происходит изменения макроскопических параметров системы.
5.Тепловое равновесие систем. Условия равновесия.
Тепловое равновесие. Для измерения температуры тела человека нужно подержать медицинский термометр под мышкой 5-8 мин. За это время ртуть в термометре нагревается и уровень ее повышается. По длине столбика ртути можно определить температуру. Термометр никогда не покажет температуру тела сразу же после того, как он соприкоснулся с ним. Необходимо некоторое время для того, чтобы температуры тела и термометра выровнялись и между телами установилось тепловое равновесие, при котором температура перестает изменяться.
Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами, имеющими различную температуру. Бросьте в стакан с водой кусочек льда и закройте стакан плотной крышкой. Лед начнет плавиться, а вода охлаждаться. Когда лед растает, вода начнет нагреваться: после того как она примет температуру окружающего воздуха, никаких изменений внутри стакана с водой происходить не будет.
Из этих и подобных им простых наблюдений можно сделать вывод о существовании очень важного общего свойства тепловых явлений. Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Тепловым равновесием называют такое состояние тел, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел и т. д. В частности, не меняется объем столбика ртути в термометре, т. е. температура системы остается постоянной.
Но микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии: меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.
Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
Две системы находятся в состоянии теплового равновесия, если при контакте через диатермическую перегородку параметры состояния обеих систем не изменяются.
Если две системы А и В находятся в тепловом взаимодействии(тепловой обмен), то
ТА =ТВ.