Давление и температура. - раздел Механика, Курс лекций по физике. Механика
Вещество Может Находиться Объеме, При Температуре Т И Давлени...
Вещество может находиться объеме, при температуре Т и давление Р. Эти три величины, характеризующие состояние вещества, называются параметрами состояния.
Давление P — это скалярная величина, характеризующая распределение силы по поверхности, на которую она действует, и численно равная силе, действующей по нормали единичной площади. (рис.6.4)
(6.4)
где α – угол между направлением силы и нормалью к площади S.
Давление в системе СИ измеряется в паскалях (Па); 1Па = 1H/м2.
техническая атмосфера 1,013·105 Н/м2, 1 мм рт. ст. = 133 Н/м2,
1 бар = 105 Н/м2.
Температуру измеряют по шкале Цельсия, где за ноль принята температура таяния льда а по шкале Кельвина - температура при которой скорость молекул υ=0 (рис 6.5).
Температура в градусах Цельсия (ºС) и Кельвина (ºК) связана соотношением Т ºК= t ºC+273.
Шкала Цельсия
Шкала Кельвина
Рис 6.5
6.4 Скорость и энергия молекул [распределение Максвелла]
Для простоты рассмотрения движения молекул. Примем:
а) соударения молекул газа происходят как соударения упругих шаров;
б) размеры молекул пренебрежительно малы по сравнению с объемом, занимаемым газом;
в) между молекулами не проявляются силы взаимного притяжения.
Газ в котором выполняются эти условия называется идеальным. Реальным приближением к этой простейшей системе являются газы при низких давлениях и не очень высоких температурах. Идеальным можно считать воздух, азот, кислород, гелий и водород при обычных условиях.
Из предположения хаотичности молекулярного движения следует, что скорости молекул идеального газа могут принимать любые значения в пределах от 0 до ∞. Максвеллом в 1859 г. теоретически найдена функция распределения молекул по скоростям и энергиям, которая позволяет вычислять число молекул, находящихся в единице объема газа, скорость которых лежит в единичном интервале скоростей dυ в окрестности заданной скорости υ. Функция распределения имеет вид
, (6.5)
где k – постоянная Больцмана, равная 1,38·10-23 Дж/К.
При некотором значении скорости функция распределения проходит через максимум (рис. 6.6). Скорость, соответствующая максимуму функции распределения, называется вероятной скоростью
, (6.6)
Средняя скорость молекул
, (6.7)
Среднеквадратичная скорость молекул
(6.8)
Распределение молекул по энергиям поступательного движения
(6.9)
где .
Наряду с поступательным движением возможно вращение и колебание молекул. На каждую поступательную и вращательную степень свободы приходится энергия теплового движения , колебательную – kT.
Числом степеней свободы материального объекта называется количество независимых координат, которые необходимо задать, чтобы однозначно определить положение этого объекта относительно рассматриваемой системы отсчета.
Так, как материальная точка в пространстве определяется тремя координатами х, у, z. то, она имеет три степени свободы. Твердое тело имеет шесть степеней свободы: координаты х, у, z определяют положение центра масс, углы θ, φ,ψ – вращение тела вокруг оси x, y, z.
Система из N материальных точек, между которыми нет жестких связей, имеет 3 N степеней свободы. Двухатомная молекула с жесткой связью между атомами имеет пять степеней свободы: три поступательные и две вращательные.
Трех- и многоатомные молекулы с жесткой связью имеют, как и твердое тело, шесть степеней свободы.
Двухатомная молекула с упругой связью между атомами имеет шесть степеней свободы: координаты х, у, г определяют положение центра инерции, углы θ и φ— положение оси системы, l — расстояние между молекулами.
Распределение энергии по степеням свободы остается справедливым, пока кинетическая энергия частиц является квадратичной функцией скорости , а потенциальная — квадратичной функцией координат (малые гармонические колебания).
Энергия хаотического теплового движения одной молекулы
,
где i — сумма числа поступательных, вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы.
Уральский государственный университет путей сообщения... Кафедра физики...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Давление и температура.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Понятия и определения
Механика – изучает движение тел в пространстве с течением времени.
Движение без учета сил действующих на тело, рассматривается в кинематике, а с учетом их в динамике.
Вращательное движение
Рассмотрим движение м.т. по окружности радиусом R с постоянной линейной скоростью в
Колебательное движение
Движение будет колебательным, если его кинематические характеристики повторяются с течением времени.
Если движение тела повторяется через равные промежутки времени, то оно называется перио
Сложение гармонических колебаний
Материальная точка может участвовать одновременно в нескольких колебательных движениях. Сложить два или несколько колебаний – значит найти закон, которому подчиняется результирующее движение, найти
Законы Ньютона.
При изучении движения тел в пространстве важно выбрать такую систему отсчета, в которой бы перемещение тела в отсутствии действия на него сил происходило равномерно и прямолинейно.
Ньютон,
Динамика поступательного движения тела
Твёрдое тело (ТТ) – это тело, которое не деформируется при действии на него сил. Масса ТТ представляется в виде суммы материальных точек связанных между собой внутренними сил
Динамика вращательного движения
При вращательном движении ТТ все его точки движутся по окружностям с центрами на оси вращения ( рис. 2.3).
Угловые
Лекция 4.
2.4. Динамика колебательного движения
Рассмотрим динамику колебательного движения на примере колеб
Для самостоятельного изучения
2.6.1. Понятие силы. Равнодействующая сила
Сила – это векторная величина, характеризующая взаимо
Силы трения
Силы трения возникают в результате взаимодействия движущихся и покоящихся тел, соприкасающихся друг с другом.
Различают внешнее (с
Сила вязкого трения и сопротивления среды.
Сила вязкого трения возникает между слоями одного и того же сплошного тела (жидкости или газа). Сила вязкого трения зависят от отно
Деформация стержня
Стержень длинной l0 и сечением S при действии сил и перпендикул
Энергия колебательного движения
В процессе колебаний тела или системы тел происходят периодические переходы его кинетической энергии в потенциальную и потенциальной в кинетическую.
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия пружины
Внешняя сила, сжимая или растягивая пружину, совершает работу. Освобожденная от внешнего воздействия, пружина восстанавливает свою форму, а потенциальная энергия, запасенная пружиной в процессе деф
Потенциальный барьер и яма
Потенциальная энергия может быть представлена графически. График, выражающий зависимость потенциальной энергии от соответствующей коорди
Для самостоятельного изучения
4.4.1. Применение законов сохранения к упругому и неупругому соударению двух тел.
При соударении тела деформируются. При
Продольные и поперечные волны
Если какую-либо частицу или совокупность частиц упругой среды привести в колебательное движение, то колебания не останутся локализованными в том месте, где они возникли, а благодаря взаимодействию
Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение.
Уравнение волны позволяет найти смещение s любой частицы среды от ее положения равновесия. Смещение зависит от координат частицы и времени s(x, y, z, t) и является периодической функцией.
Размеры и масса молекул
Вещество в молекулярной физике рассчитывается как совокупность гигантского количества атомов и молекул.
Молекулы движутся х
Движение и столкновение молекул газа
В газе молекулы перемещаются, испытывая соударения друг с другом. При каждом соударении скорость молекулы изменяется по величине и по напра
Диффузия, внутреннее трение, теплопроводность.
В газе находящимся в объеме всегда имеется неоднородность плотности, давления, температуры. Хаотическое движение молекул постепенно выравнивает эту неоднородность, и газ приходит в состояние равнов
Давление идеального газа на стенку
Давление газа в сосуде определяется взаимодействием его молекул со стенкой. Выделим на поверхности стенки сосуда достаточно малую площадку
Уравнение состояния идеального газа
Опытным путем было получено отношение, которое равно постоянной велечине.
При условии, что газ имеет Р = 1,01∙105
Работа и теплопередача
Обмен энергией между (ТС) и окружающими ее телами может проходить в двух формах: макроскопической (в форме работы) и микроскопической (в форме теплопередачи, или теплооборота).
Работа
Изменение энтропии в изопроцессах
Пусть система совершает процесс с изменением термодинамической вероятности указанной на рис. 8.9.
Состояние системы с термодинамической вероятностью W1 в начальный момент времен
Второе начало термодинамики
Приведем наиболее простую формулировку второго начала термодинамики: тепло не может переходить самопроизвольно холодных тел к горячим. Это утверждение многократно подтверждается в нашей практике, в
Динамика
· Свободное тело - тело, на которое не действуют какие-либо другие тела.
· Инерциальная система отсчета- система отсчета, в которой свободное тело покоитс
(6.4)
Шкала Цельсия
, (6.5)
, (6.6)
, (6.7)
(6.8)
(6.9)
.
, колебательную – kT.
,
Новости и инфо для студентов