Курс физики с примерами решения задач. Молекулярная физика и термодинамика (200,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 К89 Кузнецов С.И. К89 Курс физики с примерами решения задач. Молекулярная физика и термодинамика: учебное пособие / С.И. Кузнецов; под ред. В.В. Ларионова; Томский политехнический университет. – 3-е изд., перераб. и доп. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 178 с. ISBN 978-5-98298-894-2 В пособии рассмотрены основные вопросы молекулярно-кинетической теории вещества и термодинамики. Особое внимание уделено раскрытию физического смысла основных законов, явлений и понятий. Показано, что закономерности и соотношения между физическими величинами, к которым приводит молекулярная физика и термодинамика, имеют универсальный характер. В пособии учитываются наиболее важные достижения в современной науке и технике, уделяется большое внимание физике различных природных явлений. Кроме того, пособие ориентировано на организацию самостоятельной работы студентов. Анализируется решение многих физических задач и приводятся задачи для самостоятельного решения и ответы к ним. Предназначено для межвузовского использования студентами технических специальностей очной и дистанционной форм обучения. УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 Рецензенты Доктор физико-математических наук, профессор зав. кафедрой теоретической физики ТГУ А.В. Шаповалов Доктор физико-математических наук, профессор зав. кафедрой общей информатики ТГПУ А.Г. Парфенов ISBN 978-5-98298-894-2 © ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2011 © Кузнецов С.И., 2011 © Оформление. Издательство Томского политехничсекого университета, 2011 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................. 6 КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ КНИГОЙ ..................................................................... 8 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ .............................. 10 ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................ 11 ГЛАВА 1. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ........................ 13 1.1. Основные понятия и определения молекулярной физики и термодинамики ........................................................................... 13 1.2. Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории .... 15 1.3. Температура и средняя кинетическая энергия теплового движения молекул ...................................................................................... 18 1.4. Законы идеальных газов ............................................................................. 21 1.5. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона) ........................................................................ 24 Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................... 25 Примеры решения задач .................................................................................... 26 Задачи для самостоятельного решения ........................................................... 31 ГЛАВА 2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ................................. 34 2.1. Скорости газовых молекул. Опыт Штерна .............................................. 34 2.2. Вероятность события .................................................................................. 35 2.3. Функция распределения Максвелла ......................................................... 38 2.4. Средние скорости распределения Максвелла .......................................... 43 2.5. Барометрическая формула ......................................................................... 44 2.6. Распределение Больцмана .......................................................................... 45 2.7. Закон распределения Максвелла – Больцмана* ...................................... 47 2.8. Квантовые газы* ......................................................................................... 48 Примеры решения задач .................................................................................... 51 Задачи для самостоятельного решения ........................................................... 53 ГЛАВА 3. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ............................... 56 3.2. Явления переноса в газах ........................................................................... 58 3.3. Диффузия газов. Вывод закона Фика* ..................................................... 60 3.4. Вывод закона Ньютона для силы вязкого трения* ................................. 61 3.5. Теплопроводность газов. Вывод закона Фурье* ..................................... 63 3.6. Коэффициенты переноса и их зависимость от давления ........................ 64 3.7. Понятие о вакууме ...................................................................................... 66 Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................... 68 Примеры решения задач .................................................................................... 69 Задачи для самостоятельного решения ........................................................... 71 3

Стр.3

ГЛАВА 4. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. РАБОТА И ТЕПЛОТА ................. 73 4.1. Внутренняя энергия. Работа и теплота ..................................................... 73 4.2. Теплоёмкость идеального газа .................................................................. 76 4.3. Вывод уравнения Майера* ........................................................................ 77 4.4. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы .. 78 4.5. Теплоемкость одноатомных и многоатомных газов ............................... 79 4.6. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов ............................................................... 82 Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................... 84 Примеры решения задач .................................................................................... 86 Задачи для самостоятельного решения ........................................................... 88 ГЛАВА 5. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ .............. 90 5.1. Круговые обратимые и необратимые процессы ...................................... 90 5.2. Тепловые машины ...................................................................................... 92 5.3. Цикл Карно .................................................................................................. 93 5.4. Работа и КПД цикла Карно ........................................................................ 95 5.5. Необратимый цикл. Холодильная машина .............................................. 96 5.6. Циклы Отто, Дизеля и Стирлинга ............................................................. 98 Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................. 100 Примеры решения задач .................................................................................. 101 Задачи для самостоятельного решения ......................................................... 105 ГЛАВА 6. ЭНТРОПИЯ. ВТОРОЕ И ТРЕТЬЕ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ ...................................................................... 108 6.1. Приведенная теплота. Энтропия ............................................................. 108 6.2. Изменение энтропии в изопроцессах ...................................................... 110 6.3. Поведение энтропии в процессах изменения агрегатного состояния* ..................................................................................................................... 111 6.4. Второе начало термодинамики ................................................................ 114 6.5. Свободная и связанная энергии ............................................................... 115 6.6. Статистический смысл энтропии ............................................................ 116 6.7. Третье начало термодинамики ................................................................ 118 Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................. 119 Примеры решения задач .................................................................................. 120 Задачи для самостоятельного решения ......................................................... 124 ГЛАВА 7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ ....................................................................... 127 7.1. Реальные газы ............................................................................................ 127 7.2. Силы межмолекулярного взаимодействия ............................................. 128 7.3. Качественный анализ уравнения Ван-дер-Ваальса* ............................. 130 7.4. Изотермы реальных газов. Фазовые переходы ...................................... 133 7.5. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса ............................................ 135 7.6. Процесс Джоуля – Томсона. Сжижение газов* ..................................... 136 4

Стр.4

Контрольные вопросы. Упражнения ............................................................. 140 Примеры решения задач .................................................................................. 141 Задачи для самостоятельного решения ......................................................... 143 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................... 144 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................... 145 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ ............................................................. 147 ГЛОССАРИЙ ........................................................................................................ 153 ПЕРСОНАЛИИ ..................................................................................................... 160 ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................................... 164 5

Стр.5