Методическая разработка по дисциплине физика в помощь студентам по профессиям 190631.01 Автомеханик, 110308.02 Тракторист-машинист сельскохозяйственного производства

Государственное автономное профессиональное

образовательное учреждение Чувашской Республики

«Батыревский агропромышленный техникум»

Министерства образования и молодежной политики

Чувашской Республики

Методическая разработка

по дисциплине физика в помощь студентам

по профессиям

190631.01 Автомеханик,

110308.02 Тракторист-машинист сельскохозяйственного производства.

Выполнил: преподаватель физики

Спинов Василий Александрович

Пояснительная записка.

Целью данной методической разработки стало желание помочь студентам вспоминать основные понятия, формулы, обозначения физических величин и их единицы измерения. Так как студенты имеют свойство забывать эти сведения.

Раздавая данный материал студентам я ставлю задачу, чтобы они почаще вспоминали основные сведения и умели их применять в своих ответах и при решении задач.

Данный раздаточный материал обучающиеся используют на уроках при решениях задач, подготовках к ответам. При выполнении контрольных работ материалы не используются.

Кинематика

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.Механическое движение — простейшая форма движения тел, заключающаяся в изменении с течением времени положения одних тел относительно других, либо положения частей тела друг относительно друга. При этом тела взаимодействуют по законам механики.

Механическое движение тел изучает механика. Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учета масс тел и действующих сил, называется кинематикой.Кинематика (от греч. κινέω «двигаю») — это раздел механики, изучающий механическое движение без анализа причин его вызывающих.

Основная задача кинематики: получение зависимости от времени координат (радиус-векторов) всех материальных точек исходя из того, что определены их начальные условия и ускорения в любой момент времени .

Основные понятия

Тело отсчетатело, относительно которого рассматривается движение исследуемого тела,

Система отсчетатело отсчета, связанная с ним система координат и синхронизированные между собой часы. Классическая механика Ньютона применима в особом классе инерциальных систем отсчёта. Все инерциальные системы отсчёта движутся друг относительно друга прямолинейно и равномерно.

Радиус-векторвектор, соединяющий начало координат с точкой расположения тела в данный момент времени,

Траектория линия, которую описывает тело (центр масс) в процессе своего движения,

Физическая величина  величина, допускающая количественное описание. Физические величины бывают векторные и скалярные,

Путь скалярная физическая величина, равная длине траектории, описываемой телом за рассматриваемый промежуток времени. Чаще всего обозначается как , и в системе СИ измеряется в метрах,

Перемещение векторная физическая величина, соединяющая начальное и конечное положение тела за рассматриваемый промежуток времени. Модуль перемещения меньше или равен длине пути,

Путь и перемещение. Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Длина траектории называется пройденным путем. Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением.

Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называетсяпоступательным движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называетсявращательным движением.

Материальная точка. Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстояниями от него до других тел.

Метр. Эталон единицы длины — метр — изготовлен из очень прочного сплава иридия и платины. По современному определению метр — это расстояние, которое свет проходит в пустоте за 1/299 792 458 долю секунды.

Секунда.Секундой называется время, за которое совершается 9 192 631 770 колебаний в атоме цезия.

Система отсчета. Относительность механического движения. Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат материальной точки следует прежде всего выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат. В механике часто телом отсчета служитЗемля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат.

Прямолинейное равномерное движение

Прямолинейным, равномерным движением называют такое движение, при котором те­ло за любые равные промежутки времени, со­вершает одинаковые перемещения.

Скоростью равномерного прямолинейного движения называют векторную физическую величину, равную отношению перемещения тела к промежутку времени, за которое это перемещение произошло. Пусть за время t тело совершило перемеще­ние s, тогда скорость его движения v равна: Из этой формулы следует, что скорость пока­зывает, какое перемещение совершило тело за единицу времени.

Скорость выражается в метрах в секунду

- уравнение прямолинейного равномерного движения, зависимость координаты от времени.

Относительность механического движения

Перемещение тела относи­тельно неподвижной системы отсчета равно геометрической сумме перемещения тела от­носительно подвижной системы отсчета и пе­ремещения подвижной системы отсчета отно­сительно неподвижной (правило сложения пе­ремещений):

Скорость при неравномерном движении

Средней скоростью называют физиче­скую величину, равную отношению переме­щения тела ко времениt, за которое оно совершено:

Мгновенной скоростью движения тела на­зывается скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории. Мгновенная скорость — физическая вели­чина, равная отношению малого перемеще­ния к малому промежутку времени, за которое это перемещение произошло.

Ускорение. Равноускоренное движение

Движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяет­ся на одну и ту же величину, называется рав­ноускоренным.Ускорением тела при его равноускоренном движении называют физическую величину, равную отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Ускорение обозна­чают буквой а:

За единицу ускорения принимают ускорение такого движения, при котором скорость тела из­меняется на 1 м/с за 1 с.

Зная начальную скорость движения и уско­рение, можно найти скорость тела в любой мо­мент времени:

Перемещение при прямолинейном равноускоренном движении

-уравнение прямолинейного равноускоренного движения.

Свободное падение

Падение тел в безвоздушном пространст­ве называютсвободным падением. Свободное падение — равноускоренное движение, ускорение свободного падения одина­ково для всех тел. Ускорение свободного падения обозначается буквой g.Ha широте Москвы оно равно 9,82 м/с².

- уравнение движения при свободном падении.

Баллистическое движение

- уравнение баллистического движения

Перемещение и скорость при криволинейном движении

Движение тела, траектория которого пред­ставляет собой кривую линию, является криво­линейным. Криволинейное движение сложнее прямолинейного. При этом движении изменя­ются две координаты, а скорость и ускорение ме­няются как по направлению, так и по модулю.

Мгновенная скорость тела при криволи­нейном движении в любой точке траектории направлена по касательной к траектории в этой точке.

Движение тела по окружности

П ри движении по криволинейной траекто­рии, в том числе по окружности, скорость тела может изменяться как по модулю, так и по на­правлению. Возможно движение, при котором изменяется только направление скорости, а ее модуль сохраняется постоянным. Такое движе­ние называется равномерным движением по окружности.

Ради­ус, проведенный из центра окружности к телу, описал за время t угол , который называ­ют угловым перемещением. Угловое перемещение измеряют в радианах (рад). Радиан равен углу между двумя радиуса­ми окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Периодом обращенияназывают время, в течение которого тело совершает один пол­ный оборот.

Период обозначают буквой T и измеряют в се­кундах. Если за времяt тело совершилоN оборотов, то период обращения T равен:Частотой обращения называют число оборотов тела за одну секунду. За единицу частоты принят 1 оборот в секун­ду, сокращенно – 1 c^-1. Эта единица называет­ся герцем (Гц). Герц — это такая частота, при которой тело совершает один оборот за одну секунду.

Частота и период обращения связаны сле­дующим образом:

Движение тела по окружности характеризу­ется угловой скоростью.

Угловая скорость — физическая величина, равная отношению углового перемещения к промежутку времени, за которое это пере­мещение произошло. Угловая скорость обозначается буквой (омега). За единицу угловой скорости принимают ра­диан в секунду (рад/с).

За время, равное периоду обращения T, тело совершает полный оборот, т. е. его угловое пере­мещение равно 2л. Поэтому угловая скорость при равномерном движении тела по окружности:

Линейная скорость тела, равномерно дви­жущегося по окружности, оставаясь посто­янной по модулю, непрерывно изменяется по направлению и в любой точке направлена по касательной к траектории. Так как модуль линейной скорости постоянен, то его можно определить по формуле:

За время, равное периоду обращения, тело проходит путь, равный длине окружности, т. е. 2лR, поэтому: или, учитывая, что

Записанные равенства позволяют найти соот­ношение между угловой и линейной скоростями.

Таким образом,

Ускорение при равномерном движении тела по окружности

Ускорение при равномерном движении тела по окружности называют центростреми­тельным.

Таким образом, при равномерном движении тела по окружности его ускорение постоянно по модулю и в любой точке направлено по ра­диусу к центру окружности.

Решение задач по кинематике

Написать Дано, указать известные величины и перевести их в систему СИ. Указать величины, которые необходимо найти.

Нарисовать рисунок, где необходимо нарисовать координатную ось OX и OY, определить начало координат.

На рисунке указать положение тел и направление их движения, указать заданные и неизвестные величины.

Написать уравнения движения в проекциях на оси.

Решить уравнения. Выразить неизвестные величины через заданные. Подставить числовые значения и найти числовое решение.

ДИНАМИКА

На вопрос о том, почему тело движется так, а не иначе, отвечает раздел механики, называемый динамикой. В основе динамики лежат три закона Ньюто­на.

Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, относи­тельно которых поступательно движущееся те­ло сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или дейст­вия других тел компенсируется).

Явление сохранения скорости тела постоян­ной (в том числе и равной нулю) называют инер­цией. Системы отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью при ком­пенсации внешних воздействий, называютсяинерциальными. Значение первого закона Ньютона состоит в том, что он устанавливает существование инерциальных систем отсчета. Тело, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, более инертно, чем то тело, скорость которого измени­лось на большее значение.Инертность— свойство тела, состоящее в том, что для изменения скорости телу не­обходимо определенное время.

Так как масса эталона равна единице, то единиц массы.

Масса тела — это физическая величина, характеризующая его инертность. Она опре­деляет отношение модуля ускорения этало­на массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии. Заединицу массы принят 1 килограмм (1 кг). Это масса эталона, специально изготов­ленного из сплава платины и иридия. Массу 1 кг имеет 1 л чистой воды при 15 ⁰C. Масса тела величина аддитивная. Это озна­чает, что масса тела складывается из масс от­дельных его частей.

Сила — векторная физическая величина, характеризующая взаимодействие, явля­ющаяся его мерой и равная произведению массы тела на его ускорение. Под действием силы изменяется скорость тела (тело приобретает ускорение) или его частей.

Силу обозначают буквой F.

Единица силы равна единице массы, умно­женной на единицу ускорения:

[F] = [m][а]; [F] = 1 кг • 1 м/с² = 1 H.Единицу силы называют ньютоном (1 H). 1 H — это такая сила, которая сообщает телу 1 кг ускорение 1 м/с. Действие силы зависит от ее модуля, направ­ления и точки приложения.

Второй закон Ньютона

Ускорение, с которым движется тело, пря­мо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе тела. Записанное равенство представляет собой второй закон Ньютона. Иногда его записыва­ют в форме: F= та.Ускорение тела направлено так же, как и действующая на него сила. Второй закон Ньютона справедлив в инерциальных системах отсчета.

Третий закон Ньютона

Т ела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными в про­тивоположные стороны. Третий закон Ньютона говорит о том, что си­лы всегда появляются парами. Он, так же как и первый и второй законы, справедлив в инерциальных системах отсчета. Силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, часто называют силами действияи противодействия.При этом безразлично, ка­кую из двух сил назвать силой действия, а ка­кую силой противодействия.

Сила упругости

Изменение формы или объема тела при действии на него силы называется деформа­цией.

Существуют разные виды деформации: растяженияи сдвига, изгиба, кручения, деформации сдвига. При деформации в теле возникает сила упру­гости, которая стремится вернуть тело в перво­начальное состояние.

Сила упругости — сила, ко­торая возникает в теле в результате дефор­мации и направлена в сторону, противополож­ную деформации (смещению).

Если тело при прекращении действия силы восстанавливает свою форму, то в таком случае деформация является упругой.

Формула (F )_х= -kxвыражает закон Гука:

Сила упругости, возникающая при дефор­мации тела, прямо пропорциональна удлине­нию (деформации) тела и направлена в сто­рону, противоположную деформации.

Где k— коэффициент пропорциональности, на­зываемыйжесткостью тела. Жесткость зави­сит от размеров тела, его формы, материала, из которого сделано тело. Единица жесткости

Сила всемирного тяготения

Тела притягиваются друг к другу с си­лой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорцио­нален квадрату расстояния между ними.

Эта формула выражает закон всемирного тя­готения, гдеm₁,m₂— массы тел,R— рас­стояние между телами, G=6,67*10^-11H•м²/кг²— постоянная все­мирного тяготения или гравитационная посто­янная. Гравитационная постоянная численно рав­на силе притяжения между двумя телами массой 1 кг каждое при расстоянии между ни­ми 1 м.

Сила тяжести. Вес тела

Силой тяжести называют силу притяже­ния тела к Земле.

По закону всемирного тяготения сила, дейст­вующая на тело со стороны Земли равна:

гдет — масса тела, M₃ — масса Земли, R₃— расстояние между телом и центром Земли.

Ускорение, сообщаемое телу силой тяжести (ускорение свободного падения), согласно второ­му закону Ньютона:

Если тело находится на высоте h над поверх­ностью Земли, то ускорение свободного падения определяется равенством:

Весом тела называют силу, с которой те­ло, вследствие его притяжения к Земле, дей­ствует на опору или подвес. Таким образом, вес тела приложен к опоре или подвесу, в то время как сила тяжести прило­жена к телу. Сила тяжести — это сила тяготения, гравитационная сила, а вес — сила упругости.

В рассмотренном примере, когда тело поко­илось, вес равен силе тяжести: P = mg.

Если те­ло вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес боль­ше силы тяжести, т. е. больше веса покоящего­ся тела.

Увеличение веса тела, вызванное движением с ускорением, называют перегрузкой.

Если те­ло вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, которое направлено так же, как и ускорение свободного падения, то его вес мень­ше действующей на него силы тяжести, т. е. меньше веса покоящегося тела.

Если ускорение движения тела равно ускоре­нию свободного падения, т. е. а= g,то вес тела равен нулю. Такое состояние называется состо­янием невесомости.

Движение тела под действием силы тяжести

Скорость, которую нужно сообщить телу для того, чтобы оно стало искусственным спутником Земли, называют первой косми­ческой скоростью.

Это и есть первая космическая скорость. Получив такую скорость в горизонтальном на­правлении на небольшой относительно Земли высоте, тело становится ее искусственным спут­ником.

Сила трения

Сила трения возникает при непосредствен­ном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения.

Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к покоящемуся телу параллель­но поверхности его соприкосновения с другим телом. Чем больше сила давления на поверхность со­прикосновения тел перпендикулярно этой по­верхности N(сила нормального давления), тем больше максимальная сила трения покоя, т. е. где — коэффициент пропорцио­нальности, иликоэффициент трения.

Максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давле­ния.

К огда тело под действием силы Fпридет в движение и начнет скользить по поверхности стола, на него тоже будет действовать сила тре­ния, ее называют силой трения скольжения. Она несколько меньше максимальной силы тре­ния покоя и направлена в сторону, противопо­ложную перемещению тела относительно сопри­касающегося с ним тела. Сила трения скольжения не зависит от при­ложенной к телу силы. Сила трения скольжения прямо пропорцио­нальна силе нормального давления:

Коэффициент трения характеризует поверх­ности двух тел, скользящих относительно друг друга. Он определяется экспериментально.

Движение тел под действием нескольких сил

Обычно на тела действуют одновременно не­сколько сил. Рассмотрим примеры задач на дви­жение тел при действии на них нескольких сил.

В рассмотренной задаче тело двигалось вверх по наклонной плоскости. Во многих задачах это не очевидно, поэтому необходимо предваритель­ное исследование, поскольку от направления движения зависит направление силы трения.

Решение задач по динамике

Написать Дано, указать известные величины и перевести их в систему СИ. Указать величины, которые необходимо найти.

Нарисовать рисунок, где необходимо нарисовать координатные оси OX и OY, определить начало координат.

На рисунке указать положение тел и направление их движения, указать действующие на тело силы и их направление.

Написать второй закон Ньютона в виде для каждого тела в векторной форме и в проекциях на оси OX и OY.

Решить уравнения. Выразить неизвестные величины через заданные. Подставить числовые значения и найти числовое решение.

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ

Импульсом силы называют векторную величину, равную произведению силы на вре­мя ее действия (Ft).Импульс силы является мерой действия силы за некоторый промежуток времени.

Величина, равная произведению массы те­ла на его скорость, называется импульсом тела, р = mv— импульс тела. 1 ед.импульса =1 кг*м/с

Закон сохранения импульса: векторная сумма импульсов тел, входя­щих в замкнутую систему, остается посто­янной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Механическая работа

Механическая работа —физическая вели­чина, равная произведению модуля силы F, действующей по направлению движения те­ла, на модуль его перемещения и косинус угла между ними:.

Работа — скалярная величина.

За единицу работы принимают джоуль(1 Дж). Это такая работа, которую совершает сила 1H на пути 1 м. 1 Дж =1H•м .

Работа и кинетическая энергия

работа силы равна изменению ки­нетической энергии тела.Это утверждение на­зывают теорией о кинетической энергии.

Кинетическая энергия измеряется так же, как и работа,в джоулях.

Кинетическая энергия— это энергия, ко­торой обладает движущееся тело.

Потенциальная энергия тела

Потенциальной энергией называют энер­гию взаимодействия тел или частей тела, зависящую от их взаимного положения.

-работа силы тяжести рав­на изменению потенциальной энергии тела.

потенциальная энергия те­ла, поднятого на некоторую высоту над ну­левым уровнем, равна работе силы тяжести при падении тела с этой высоты до нулевого уровня.

Потенциальная энергия упруго-деформированного тела

Закон сохранениямеханической энергии

Полной механической энергией E называ­ют сумму потенциальной и кинетической энергий:

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях системы. Это утверждение является законом сохранения механической энергии.

Мощность

Мощностью называется физическая вели­чина, равная отношению работы к проме­жутку времени, за который она совершена.

Мощность обозначается буквой N.

За единицу мощности принимается джоуль в секунду (Дж/с). Эта единица называется ватт (Вт). За единицу работы можно принять Вт•с.

Равновесие тел.

Для равновесия тела необходимо и достаточно, чтобы геометрическая сумма всех сил,действующих на любой элемент этого тела, была равна нулю.

Первое условие равновесия тел.

- если твердое тело находится в равновесии, то геометрическая сумма внешних сил, приложенных к нему равна нулю.

Для проекций внешних сил на оси координат тоже должно выполняться условие равенства нулю:

Момент силы.

Моментом силы относительно оси вращения тела называется произведение модуля силы на ее плечо.. Если сила может вызвать поворот тела против часовой стрелки, то момент силы «положительный», если по часовой стрелке – то «отрицательный».

Второе условие равновесия тел.

При равновесии твердого тела сума моментов всех внешних сил, действующих на него относительно любой оси, равна нулю.

Решение задач

Написать Дано, указать известные величины и перевести их в систему СИ. Указать величины, которые необходимо найти.

Нарисовать рисунок, где необходимо нарисовать координатную ось OX и OY, определить начало координат.

На рисунке указать положение тел и направление их движения, указать заданные и неизвестные величины, указать величины в начальный и в конечный момент времени.

Написать закон сохранения импульса либо закон сохранения энергии или условия равновесия тел для данной задачи.

Решить уравнения. Выразить неизвестные величины через заданные. Подставить числовые значения и найти числовое решение.

Молекулярная физика

Основы МКТ

Основным положением молекулярно-кинетической теории является утверждение, что все тела состоят из мельчайших частиц (молекул, атомов и т.д.), которые движутся и взаимодействуют между собой. Доказательствами молекулярного строения вещества являются дробление тел, плавление, испарение, диффузия, броуновское движение и т.д.

Молярной массой M вещества называется масса такого количества молекул данного вещества, которое содержится в углероде ¹²C массой 12 г. Молярную массу вещества можно узнать по таблице Менделеева, сложив атомные массы всех атомов, входящих в молекулу этого вещества. При этом молярная масса будет измеряться в г/моль. Для перевода в систему СИ это значение следует умножить на 10^-3. При этом молярная масса измеряется в кг/моль. Так, например, молярная масса водорода H₂ равна 2 г/моль=2*10³ кг/моль.

В одном моле любого вещества содержится N_A = 6,022*10²³ моль^-1 молекул. Число N_Aназывается постоянной Авогадро. Масса одной молекулы m₀ выражается формулой

Количеством вещества v называется отношение числа молекул N к числу Авогадро N_A :

Если m — масса вещества, то

Идеальным газом называется газ, в котором молекулы движутся свободно и взаимодействуют между собой и со стенками сосуда только при столкновениях. Модель идеального газа удовлетворительно описывает достаточно разреженные газы.

Среднеквадратичной скоростью молекул

называется следующая физическая величин

где v₁, v₂, v₃,... — скорости молекул: первой, второй, третьей, и так далее до N. Отметим, что средняя скорость молекул равна нулю и не равна

Концентрацией молекул n называется отношение числа молекул N в объеме V к этому объему V:

Давление p можно выразить следующей формулой

Это уравнение носит название основного уравнения молекулярно кинетической теории (МКТ) газов. Это уравнение можно переписать в виде

где ρ— плотность газа, — средняя кинетическая энергия молекулы газа. Средняя кинетическая энергия связана с температурой T газа формулой

где k—постоянная Больцмана. Она численно равна

Можно доказать следующую формулу:

Из нее следует уравнение Менделеева-Клапейрона

где

— универсальная газовая постоянная.

При неизменной массе и составе газа

Если же постоянна еще и температура, то (изотермический процесс),

если давление постоянно, то (изобарный процесс),

если объем постоянен, то

(изохорный процесс).

Водяной пар всегда присутствует в атмосфере Земли, как малая примесь, но он во многом определяет погоду. Влажность воздуха можно характеризовать парциальным давлением пара p или плотностью пара ρ (абсолютная влажность). Насыщенным паром называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. При определенной температуре существует такое давление, при котором водяной пар становится насыщенным. Такое давление р_нас называется давлением насыщенного пара. Это давление можно найти по таблице в задачнике. Относительной влажностью φ называется отношение парциального давления пара p к давлению насыщенного пара

Если p_нас — плотность насыщенного пара, то

В жидкостях имеет место явление поверхностного натяжения. Оно состоит в том, что жидкость стремится уменьшить свою энергию, минимизировав поверхность. Как известно, из всех тел заданного объема минимальной поверхностью обладает шар. Именно поэтому жидкость в невесомости приобретает шарообразную форму. Сила поверхностного натяжения F, действующая на тело длины l, выражается формулой

где σ — коэффициент поверхностного натяжения.

Пусть имеется твердое тело длинной l с площадью поперечного сечения S, которое под действием силы F удлинилось на Δl. Тогда имеет место формула

где

напряжение в теле, Е — константа, которая называется модулем Юнга,

— относительное удлинение.

Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Основные положения

Молекулы в идеальном газе движутся хаотически. Движение одной молекулы характеризуют микроскопические параметры (масса молекулы, ее скорость, импульс, кинетическая энергия). Свойства газа как целого описываются с помощью макроскопических параметров (масса газа, давление, объем, температура). Молекулярно-кинетическая теория устанавливает взаимосвязь между микроскопическими и макроскопическими параметрами.

Число молекул в идеальном газе столь велико, что закономерности их поведения можно выяснить только с помощью статистического метода. Равномерное распределение в пространстве молекул идеального газа является наиболее вероятным состоянием газа, т. е. наиболее часто встречающимся.

Распределение молекул идеального газа по скоростям при определенной температуре является статистической закономерностью.

Наиболее вероятная скорость молекул — скорость, которой обладает максимальное число молекул. Стационарное равновесное состояние газа — состояние, в котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.

Температура тела — мера средней кинетической энергии поступательного движения его молекул:

где черта сверху — знак усреднения по скоростям, k = 1,38 • 10^-23 Дж/К — постоянная Больцмана.

Единица термодинамической температуры — кельвин (К).

При абсолютном нуле температуры средняя кинетическая энергия молекул равна нулю.

Средняя квадратичная (тепловая) скорость молекул газа

где М — молярная масса, R = 8,31 Дж/(К • моль) — молярная газовая постоянная.

Давление газа — следствие ударов движущихся молекул:

где n — концентрация молекул (число молекул в единице объема), E_k — средняя кинетическая энергия молекулы.

Давление газа пропорционально его температуре:

Постоянная Лошмидта — концентрация идеального газа при нормальных условиях (атмосферное давление р= 1,01 • 10⁵ Па и температура Т = 273 К):

Уравнение Клапейрона—Менделеева — уравнение состояния идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление, объем, температуру) данной массы газа.

Изопроцесс — процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа остается постоянным. Изотермический процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянной температуре.

Закон Бойля—Мариотта: для газа данной массы при постоянной температуре:

где р₁, р₂, V₁, V₂ — давление и объем газа в начальном и конечном состояниях

Изотерма — график изменения макроскопических параметров газа при изотермическом процессе. Изобарный процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном давлении.

Закон Гей-Люссака: для газа данной массы при постоянном давлении

где V₁, V₂, T₁, Т₂— объем и температура газа в начальном и конечном состояниях.

Изобара — график изменения макроскопических параметров газа при изобарном процессе.

Изохорный процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном объеме. Закон Шарля: для газа данной массы при постоянном объеме

где p₁, р₂, T₁, Т₂ — давление и температура газа в начальном и конечном состояниях.

Изохора — график изменения макроскопических параметров газа при изохорном процессе.

Молекулярная структура вещества. Основные положения

Все вещества состоят из движущихся и взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Простые вещества состоят из одинаковых атомов, сложные — из атомов различных химических элементов. Атом — наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны, притягивающиеся к положительно заряженному ядру силами электромагнитного взаимодействия.

Главной характеристикой химического элемента является заряд ядра атома.

Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Атом электронейтрален: положительный заряд (+Ze) ядра компенсируется отрицательным зарядом (-Ze) электронов.

Кроме протонов, в ядре атомов содержатся нейтроны, связанные с протонами сильным взаимодействием. Общее название протонов и нейтронов, входящих в состав ядра, — нуклоны.

Массовое число А равно числу нуклонов в ядре (суммарное число протонов Z и нейтронов N):

Изотоп — разновидность одного и того же химического элемента, атом которого содержит одинаковое число протонов в ядре и разное число нейтронов.

В условном обозначении изотопа химического элемента указываются массовое число А и зарядовое число Z:

Масса атома меньше суммарной массы частиц, входящих в его состав.

Дефект массы — разность суммарной массы отдельных частиц, входящих в состав атома (ядра), и полной массы атома (ядра):

Дефект массы обусловливается выделением энергии ΔЕ при образовании атома:

Атомная единица массы (а.е.м.) — средняя масса нуклона в атоме углерода ¹²6С.

Атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода ¹²6С.

Относительная масса атома М_r — число атомных единиц массы, содержащихся в массе атома:

Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной массе атома.

Молярная масса — масса одного моля.

Единица молярной массы — килограмм на моль (кг/моль). Постоянная Авогадро — число атомов (или молекул) в одном моле любого вещества:

Молярная масса вещества

Существует четыре агрегатных состояния (или фазы) вещества: твердое, жидкое, газообразное, плазменное.

Фазовый переход — переход системы из одного агрегатного состояния в другое. При фазовом переходе скачкообразно изменяется какая-либо физическая величина (например, плотность, внутренняя энергия) или симметрия системы. Вещество находится в твердом состоянии, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул много больше их средней кинетической энергии.

Молекулы в твердом теле располагаются упорядоченно.

Жидкое состояние образуется, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул соизмерима с их средней кинетической энергией. Упорядоченное расположение молекул наблюдается в жидкости лишь в пределах нескольких соседних молекулярных слоев.

Вещество находится в газообразном состоянии, если средняя кинетическая энергия молекул превышает среднюю потенциальную энергию их взаимодействия. Молекулы газа движутся хаотически. Условия идеальности газа:

1)диаметр молекул много меньше среднего расстояния между ними;

2)средняя кинетическая энергия молекул много больше средней потенциальной энергии их взаимодействия;

3)молекулы взаимодействуют между собой и со стенками упруго. Плазма — электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц.

Ионизация — процесс образования ионов из атомов.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/274503-metodicheskaja-razrabotka-po-discipline-fizik