4. Макроскопические и микроскопические параметры. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная. Изотермический, изобарный, изохорный процесс. Аномальный свойства воды.

Микроскопическое состояние (или микросостояние) — это состояние системы, определяемое заданием координат и импульсов всех составляющих систему частиц.

Макроскопическое состояние (или макросостояние) — это состояние системы, характеризуемое небольшим числом величин (Р, V, T) и, быть может, еще некоторыми другими).

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.

Вода является легчайшим соединением подгруппы кислорода. Самыми высокими у воды характеристиками оказываются как раз те, которые по сути должны быть самыми низкими: температура кипения и температура замерзания, теплота парообразования, теплота плавления и т.д. Именно благодаря способности воды накапливать достаточно большие запасы тепловой энергии сглаживают резкие колебания температуры на земной поверхности. Еще одним аномальным явлением воды является высокое поверхностное напряжение.

а)Изотермический процесс -это процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре (T = const). При постоянной температуре dU =0, поэтому все сообщаемое системе количество теплоты расходуется на совершение работы против внешних сил.

Изотермический процесс : dQ = dA

б) Изохорный процесс -это процесс, происходящий в физической системе при постоянном объёме (V = const). Так как V = const, то dV =0, а следовательно, и dA = pdV = 0. Вся теплота, сообщенная газу при изохорном процессе, идет на увеличение его внутренней энергии.

Изохорный процесс : dQ = dU ; CvdT = dU (Cv - молярная теплоемкость газа при постоянном объеме)

в) Изобарный процесс -это процесс, происходящий в физической системе при постоянном давлении (p = const). При этом изменяются объем и температура, следовательно, совершается работа dA = pdV и изменяется внутренняя энергия dU.

Изобарный процесс : dQ = dU+pdV

При изобарном процессе dQp = CpdT, поэтому первое начало термодинамики примет вид:

CpdT = CvdT + pdV

Уравнение состояния для моля идеального газа: pV = RT

Для изобарного процесса это уравнение примет вид : pdV = RdT

Соотношения Cp = Cv+R или Cp-Cv = R называют уравнением Майера.

5. Строение газообразных, жидких и твердых тел. Кристаллические, аморфные тела. Анизотропия кристаллов. Моно- и поликристаллы. Температура плавления, затвердевания. Возгонка (сублимация, десублимация). Тепловое расширение жидких и твердых тел. Коэффициент линейного расширения.

Газы. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в нем молекул.

Жидкости. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу), поэтому молекула жидкости ведет себя иначе, чем молекула газа. В жидкостях существует так называемый ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам. Молекула колеблется около своего положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени она совершает очередной «прыжок», попадая в новое положение равновесия.

Твердые тела. Атомы или молекулы твердых тел, в отличие от атомов и молекул жидкостей, колеблются около определенных положений равновесия. По этой причине твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Потенциальная энергия взаимодействия молекул твердого тела существенно больше их кинетической энергии.

У газа расстояние l между молекулами много больше размеров молекулr0:'l>>r0.

У жидкостей и твердых телl≈r0. Молекулы жидкости расположены в беспорядке и время от времени перескакивают из одного оседлого положения в другое.

У кристаллических твердых тел молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно.

Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами. Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.

По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела разделяются на два класса – аморфные и кристаллические.

Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления внешнего воздействия. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур.

В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl. Такие кристаллы называются ионными.

Неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях называют анизотропией.

ТЕМПЕРАТУРА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ (точка затвердевания) – температура, при которой жидкость превращается в твердое вещество. Для чистого вещества совпадает с его температурой плавления, т.е. температурой перехода из твердого состояния в жидкое.

Возгонка(сублимация) - переход в-ва из тв. состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Десублимация – наоборот.

Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении