6. Что такое внутренняя энергия макросистемы?

Важной характеристикой термодинамической системы является ее внутренняя энергия U — энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (моле­кул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Из этого определения следует, что к внутренней энергии не относятся кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях. Внутренняя энергия — однозначная функция термодинамического состояния систе­мы, т. е. в каждом состоянии система обладает вполне определенной внутренней энергией (она не зависит от того, как система пришла в данное состояние). Это означает, что при переходе системы из одного состояния в другое изменение внутрен­ней энергии определяется только разностью значений внутренней энергии этих состоя­ний и не зависит от пути перехода.

7. Сформулируйте закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

В статистической физике выводится закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная kT/2, а на каждую колебательную степень свободы — в среднем энергия, равная kT. Колебательная степень обладает вдвое большей энергией, т.к. на нее приходится как кинетическая энергия (как в случае поступательного и вращательного движений), так и потенциальная, причем средние значения потенциальной и кинетической и энергии одинаковы. Значит, средняя энергия молекулы  где i — сумма числа поступательных, числа вращательных в удвоенного числа колеба¬тельных степеней свободы молекулы:i=i_пост+i_вращ+2i_колеб  В классической теории рассматривают молекулы с жесткой связью между атомами; для них i совпадает с числом степеней свободы молекулы.  Так как в идеальном газе взаимная потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю (молекулы между собой не взаимодействуют), то внутренняя энергия для одного моля газа, будет равна сумме кинетических энергий N_A молекул:   (1)  Внутренняя энергия для произвольной массы m газа.    где М — молярная масса, ν — количество вещества. 

8. Сформулируйте эмпирические законы Бойля – Мариотта и Гей – Люссака.

Бойля – Мариотта При постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объёма постоянно.

где   — давление газа;   — объём газа. Закон является частным случаем уравнения состояния идеального газа.

Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от абсолютной температуры при постоянном давлении.

 при постоянном давлении объём постоянной массы газа пропорционален абсолютной температуре. Математически закон выражается следующим образом:

где   — объём газа,   — температура.Если известно состояние газа при неизменном давлении и двух разных температурах, закон может быть записан в следующей форме: ,

9. Что такое термически идеальный газ?

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.идеальный газ - такой газ, который одновременно подчиняется закону Бойля — Мариотта и Гей-Люссака^[7], то есть:

где   — давление   — абсолютная температура. Свойства идеального газа описываются уравнением Менделеева — Клапейрона ,где   - универсальная газовая постоянная,   — масса,   — молярная масса.или где   — концентрация частиц,   — постоянная Больцмана. Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера: где   — универсальная газовая постоянная,   — молярная теплоемкость при постоянном давлении,   — молярная теплоемкость при постоянном объёме.

10. Расскажите о принципе построения эталонного термометра.

Данный прибор позволяет измерять температуру с точностью до 0,01 градуса цельсия и по сути является высокоточным прецизионным измерителем температуры. прибор состоит из двух частей - схемы индикации и преобразования

11. Определите температурную шкалу Кельвина.

12. TК = TС + 273,15.

    В этой шкале единица измерения температуры такая же, как и в шкале Цельсия, но нулевая точка сдвинута:

Температурная шкала

Кельвина называется абсолютной шкалой температур. Она оказывается наиболее удобной при построении физических теорий.

13. Запишите уравнение состояния идеального газа и объясните, как оно получается.

p = nkT,

Здесь N – число молекул в сосуде, NА – постоянная Авогадро, m – масса газа в сосуде, M – молярная масса газа. В итоге получим: Произведение постоянной Авогадро NА на постоянную Больцмана k называется универсальной газовой постоянной и обозначается буквой R. Ее численное значение в СИ есть: R = 8,31 Дж/моль·К.

уравнение состояния идеального газа