21.Основное ур-е молекулярно кинетич. Теории газов.

Газ оказывает определенное давление на окружающие его поверхности. Это давление возникает в результате бомбардировки молекулами газа поверхности. При соударениях молекулы передают пов-ти определенную энергию, т. е. создают силу, давящую на поверхность. Эта сила зависит от числа молекул в единице объема и от их средней скорости.

Основное ур-е термодинамики:

P= , где – объемная концентр.мол-л; m,V – средняя масса и скорость; Е – ср. кинетическая энергия.

Абсолютная температура газа пропорциональна ср. кинетической энергии его молекул

Зависимость кинетической энергии молекулы от температуры определяется ур-ем:

или k – постоянная Больцмана= Дж/К, она показывает какое кол-во энергии необходимо сообщить частице, чтобы повысить ее температуру на 1К.

Т. о. давление в газах пропорционально концентрации молекул и температуре.

P= kT.

19.2.Закон Ома в интегральн.форме

Удельная проводимость есть величина обратная удельному сопротивлению ( p) C учетом этого соотношения получим I=(S/pl)*U. Величина S/pl характеризует проводимость проводника, а величина обратная ей R=p(l/S) называется сопротивлением проводника. В случае однородного проводника(p=const) сопротивление прямо пропорционально длине l и обратно площади поперечного сечения. Измеряется в омах (Ом). Сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров и мат. I=U/R-закон Ома в интегральной форме.

19.3.Поглощение и рассеяние света

Поскольку световая волна несет в себе поток энергии, то при прохождении через вещество будет иметь место поглощение этой энергии и повышение внутренней энергии вещества. Данное повышение обычно связано с поглощением энергии электронов, которые переходят на квази-стационарные орбиты (временно-стационарные). В результате обратных переходов (в основное состояние) электроны излучают кванты энергии. Имеет место фотохимический процесс. Поглощение света также приводит к нагреванию, ионизации и другим процессам. В случае тонких слоев веществ относительное ослабление светового потока не зависит от его интенсивности. Оно определяется толщиной поглощаемого вещества:

Ф=Ф0*ехр (-кх)

Ф-световой поток прошедший через слой толщиной х;

Ф0-исходный световой поток;

К-коэффициент зависящий от свойств вещества.

Данное уравнение называют Бугера-Ламберта. Оно справедливо для тех случаев, когда коэфициент поглощенияне зависит от интенсивности светового потока. На практике обычно вместо коэффициента к используют величинупоказателя поглощения на 1 единицу концентрации. В данном случае уравнение принимает вид:

Ф=Ф0*ехр (-χ*сх),(Закон Бугера-Ламберта-Бера)

С-концентрация;

χ -показатель преломления.

Данное соотношение на практике для количественного определения концентрации в растворах. Путем измерения интенсивности прошедшего излучения.

20.1.Первый з-н термодинамики.

1-ый закон – закон сохранения энергии. Согласно данному закону работа, совершаемая над сис-мой и передаваемая ей теплота в сумме равны внутренн.энергии сис-мы.

Закон: Теплота, переданная системе в процессе изменения ее состояния расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работ против внешних сил.

dQ=dU+dA

Q – теплота; U – утренняя энергия; А – работа.

В случае изохорического пр-са изменение объема =0, газ не совершает внешней работы., теплота расходуется только на увеличение внутренней энергии.

При изобарическом пр-се энергия, переданная газу расходуется на увелич. Внутренней энергии и совершении внешних работ.

При изотермическом пр-се (T=const) и изменение внутренней энергии равно нулю, теплота расходуется только на внешнюю работу. Адиабатное расширение газа сопровождается положительной внешней работой, но при этом внутренняя энергия уменьшается и газ охлаждается. Сжатие газа соответствует отрицательной внешней работе и увеличению внутренней энергии. Адиабатное сжатие газа сопровождается его нагреванием. Охлаждение газа при адиабатном расширении используется втехнике для получения низких температур. Работа холодильных установок основана также на адиабатном расширении пара или газа. Нагревание газа при адиабатном сжатии наблюдается при работе дизельного двигателя, в цилиндре которого воздух так быстро сжимается, что он нагревается больше чем на 500°С.

20.2. Поляризация диэлектриков

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ - смещение электрических зарядов в диэлектрике под действием приложенного электрического поля.

-ориентация диполей в в-ве, появление диполей под д-ем поля и их ориентации.

3 основные вида поляризации: электронная(деформационная, х-на для мат.с неполярными мол-лами, происходит за счёт деформации эл.орбит, что приводи к возникновению индуцированного дипольного момента); ориентационная(х-на для мат., в кот.м-лы представляют собой жесткий диполь); ионная(смещение подрешеток с + и – ионами относительно основного положения).

Поляризация во всех случаях приводит к уменьшению напряженности поля в вещ-ве (в идеальном случае до нуля).

20.3.Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана

Излучение нагретых тел относят к электромагнитным явлениям. Энергия, доставляемая за единицу времени на поверхность тела падающими на нее электромагнитными волнами, характеризуется потоком теплового излучения (измеряется в Вт) Поток излучения, испускаемый единицей поверхности-энергетическая светимость или лучеиспускательная способность тела:

Rэ=Фэ/S

Фэ-поток излучения;

S-площадь поверхности.

Планк доказал, что энергия поглощается и излучается отдельными порциями или квантами.

Е=hυ h=6, 62*10ˉ34 Дж*с

Кванты различной частоты обладают различными энергиями, те которые относятся к оптическому диапазону спектра-фотоны. Масса покоя фотона=0.Поэтому они существуют только двигаясь со скоростью света. Излучение нагретых тел имеет сплошной спектр, излучая все длины волн. Энергия излучения распределена неравномерно и зависит от температуры тела. При низких температурах излучение преимущественно инфракрасное. При повышении температуры переходит в видимый диапазон и далее в УФ области. Излучение абсолютно черного тела имеет следующие законы:

1.спектр сплошной

2.распределение энергии в спектре зависит от длины волны

3.с повышение температуры максимум излучений смещается в область более коротких волн.

Зависимость светимости от температуры определяется законом Стефана-Больцмана:

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна его абсолютной температуре в 4 степени:

Rэ=σ*Т4 Σ=5,6*10ˉ8 Вт/м2к4

21.1.Кристаллические состояния вещества.

Кристаллы – ТВ.в-ва огранич.плоскими гранями, кот.пересекаются под определ.углами. кристалл.в-во может состоять из одного кристалла(монокристалл), а также из произвольно ориентируемых кристаллов (поликристалл).

Кристаллические решетки. Бывают атомные, молекулярные, ионные, металлические.

Кристаллы NaCI и подобные им обладают простой кубической структурой и имеют ионную решетку. Решетки данного типа называются гетерополярные. Кристаллические решетки, узлы которых заполнены нейтральными атомами, называются атомными. В атомных решетках имеют место гомеополярные связи одинаковых атомов. В молекулярных кристаллических решетках узлы заполнены нейтральными молекулами. Металлические кристаллические решетки представляют собой узлы из положительно-заряженных ионов. Кристаллы могут быть разделены на монокристаллы (крупные отдельные кристаллы) и поликристаллы(много мелких кристаллов). Электрические, тепловые, механические и оптические свойства в кристаллах зависят от того направления, в котором они определяются. Поэтому кристаллы являются анизотропными телами, свойства которых различны по различным направлениям. В отличие от этого аморфные однородные тела во всех направлениях обнаруживают одинаковые свойства, т. е они обладают изотропностью. Это указывает на беспорядочное расположение частиц в аморфном теле.

21.2.ПРОВОДНИКИ и ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.

Все вещества зависят от их поведения в эл.поле. Условно можно разделить на 3 группы: проводники, полупроводники, диэлектрики.

Проводники – мат-лы,в кот.эл.заряды способны перемещаться под д-ем бесконечнослабого эл.тока. Проводящ.мат-лы делят на проводники 1-ого рода, в кот.перенос заряда осущ-ся свободными электродами (Ме, сплавы) и 2-ого рода – это те, в кот.электроперенос осущ-ся ионами.

Полупроводники – в-ва,кот.по своей способности занимают промеж.место между проводниками и изоляторами. Полупроводники содержат свободные носители зарядов, на значительно меньшей концентрации чем проводники. Посвоей энергетич.стр-ре соответст.диэлектрикам.

Свободные заряды, имеющ.в проводниках, под д-ем внешнего поля перемещ-ся и создают внутреннее.На первом конце склад-ся положи.заряды, а на втором – отрицат-ные.

Индуктивн. заряды: мининапряж.суммарного поля будет заканчиваться на отрицат.пов-ти и начинаться на положит.пов-ти.Эквипотенциальн.пов-ти будут огибать проводник и одна, у кот.потенц.совпадает с его потенциалом.

21.3.Фотоэлектрический эффект. Законы внешнего эффекта.

При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом могут происходить вырывание электронов. Данное явление-внешний фотоэффект. Может происходить передача электронов от одних к другим, что приводит к ионизации. Данное явление-фотоионизация. Основное влияние на фотоэффект оказывает энергия квантов, а также энергетическая структура материала (металл, полупроводник, диэлектрик) Существует некая минимальная энергия фотонов, при которой явление фотоэффекта не происходит. Данная энергия должна превышать значение работы выхода материала.

Для внешнего фотоэффекта характерны 2 закономерности:

1.фототок насыщения (количество вылетающих электронов) при фиксированной длине волны излучения пропорционален падающему потоку света

Iф=к*Ф

К-коэффициент пропорциональности, характеризующий чувствительность материала к электромагнитному излучению

2.минимальная кинетическая энергия вылета электронов не зависит от интенсивности падающего света и зависти только о т его частоты.

22.1.Принцип действия тепловой и холодильной машины

Тепл.и холод.машины работают по принципу использования тепловой энергии.

Тепловой двиг. раб.следующ.образом:

Он состоит из нагревателя,раб.тела и холод. Нек.кол-во тепла передаётся от нагрев. к раб.телу. Оно нагрев-ся, расшир-ся и совершает работу (расширенный газ двигает поршень), затем часть теплоты передаётся холод. или выбрас-ся в окруж.среду. Это необходимо чтобы раб.тело вернулось в исходное положение, т.е. совершился цикл. Т.О. КПД тепл.двигателя меньше 1. , где Q1-теплота, передав.от нагревателя, а Q2-теплота, передав. в холод.

Холод.машины раб-ют по обратному принципу: за счёт внешней работы тепло отнимается у холодного тела и передаётся горячему. Напр.,газ раб.тела расширяясь охлаждается, отнимает нек.кол-во тепла и пердаёт нагреваем.телу и выбрасывает в окружающ.среду.

22.2.Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость

Величина ослабления внешнего поля пропорциональна относительной диалектрич.проницаемости. Дипольный момент ед-цы объема – вектор поляризации или поляризованность. Величина отношения напряженности поля свободных зарядов (т.е. поля в вакууме) к напряженности поля в веществе – это диэлектрическая проницаемость вещества , отсюда следует формула связи между диэлектрической проницаемостью – характеристикой поля и электрической восприимчивостью – характеристикой свойств вещества:  = 1 + .

Степень поляризации диэлектрика принято характеризовать вектором поляризации . Вектором поляризации (в однородном поле) наз-ся отношение суммарного электрического момента некоторого объема диэлектрика к этому объему, когда последний стремится к нулю. В изотропных диэлектриках вектор поляризации совпадает с направлением Е₀, а в анизотропных может и не совпадать (в курсе рассматриваются только изотропные диэлектрики).

Дипольный момент диэлектрика в электрическом поле пропорционален напряженности этого поля, т.е. p_e  E_0. Эту зависимость можно записать в виде равенства, введя коэффициент пропорциональности , который носит название электрической восприимчивости вещества и не зависит от Е₀.

Pe =  0 E0 .

Электрическая восприимчивость  зависит от числа молекул в единице объема и характеризует сп-сть диэлектрика поляризоваться в электрическом поле. При деформационной поляризации она является мерой деформации электронной оболочки молекулы, при ориентационной – мерой ориентации диполей по направлению электрического поля, при ионной мерой смещения ионов в кристалле. Электрическая восприимчивость для неполярных диэлектриков не зависит от температуры, а для полярных уменьшается с повышением температуры.

Е = Е₀ - Е' , где Е – напряженность поля в диэлектрике (суммарная), Е'- напряженность поля, созданного связанными зарядами на гранях диэлектрика (поверхностную плотность их обозначим ), тогда Е = E₀ - Е' = E₀ - Суммарный дипольный момент Р_v диэлектрика объема V равен P_v = P_eV, согласно определению вектора поляризации P_e для однородного поля. Но весь брусок диэлектрика, у которого одна грань имеет положительный заряд, другая – отрицательный, можно рассматривать как большой диполь с моментом P_v = Q' l, где Q' = ' S. – суммарный связанный заряд на грани диэлектрика, ' – поверхностная плотность связанных зарядов, l – расстояние между гранями (в данном случае является плечом диполя Р_v). Отсюда: P_v = P_eV = P_e S l .

P_v = т ' S l или P_e S l =  ' S l, т.е. P_e =  '.

Получили, что поверхностная плотность связанных зарядов равна модулю вектора поляризации. На основании этого имеем:

E = E₀ - E' = E₀ - = E₀ - = E₀ - = E₀ - или  E =  E₀ -  E₀.

22.3. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА

Широкое распространение в науке и технике получ дифр решётки,кот представляют собой множество ││, располож на равных расстояниях одинаковых щелей. Реш-ки изготавливаются с помощью делительной машины, наносящей штрихи на стекле или др прозрачном материале. Там, где проведена царапина, материал становится непрозрачным, а промежутки между ними остаются прозрачными и фактически играют роль щелей.

Разность хода 2х крайних лучей той или иной щели: δ=с*sinφ; с-постоянная решётки, она= сумме ширины a щели и b непрозрачного промежутка между щелями, т е a+b=c

Если разность хода = нечёт числу полуволн, то свет, посылаемый 2мя щелями, будет взаимно гаситься.

Усл минимумов: с×sinφ=(2k+1)λ/2 где к=0,1,2...

Если разность хода = чётн числу полуволн, то свет, посылаемый каждой щелью, будет взаимно усиливать друг друга

Усл максимумов: сsinφ=2kλ/2≈kλ, k=0,1,2…

При k=0 усл соответствует центральному максимуму, =1- 2м первым максимумам. Кот расположены симметрично по обе стороны от центрального…

Лучи различ волны будут иметь максимумы в различ направлениях. Поэтому если на диф-ую реш-ку падает белый свет, то реш-ка разложит его, и увидим дифр-ный спектр, обращённый к центр белой полосе фиолет концом.

Постоянная реш-ки с связана с числом n штрихов на единицу длины: с=1/n => чем больше щелей, тем больше сета проходит через неё, поэтому резкость диф-ой картины возрастает с увел щелей. С возрастанием числа щелей увеличивается яркость максимумов и они превращаются из расплывчатых максимумов в резкие узкие максимумы, разделенные широкими практически тёмными промежутками.

Исходя из усл максимума и с=1/n имеем sinφ= kλn или для спектра 1го порядка λ=sinφ/n=сsinφ, т е по углу отклонения лучей, соответствующих той или иной спектральной линии, если известна постоянная решётки, можно определить длину световой волны. Совокупность длин волн или спектр излучения позволяет делать заключение о хим, и изотопном с-ве в-ва.

Реш-ки изготавливают путём нанесения алмазным резцом большого числа равностоящих штрихов на Al зеркале, полученном испарением Al на стекл пов-ть. Такая реш-ка- отражательная. Усл максимума для неё: с(sinφ1- sinφ2)=2kλ/2=kλ,

С- пост реш-ки, φ1- угол падения лучей, φ2- угол отражения.

Сущ реш-ки с профилированным штрихом и вогнутые реш-ки, у кот штрихи наносятся на пов-ть вогнутого сферического зеркала.

Разрешающая сп-ть реш-ки: r= λ/∆λ, ∆λ- наименьшая разность длин волн 2х соседних спектральных линий λи λ+∆λ, при кот эти линии в спектре видны раздельно.

23.1. Второй и третий законы термодинамики

Все реальные пр-сы протек.в замкнутых сис-мах необратимы.

2-ой закон определяет направление пр-сов, т.е. естественные пр-сы протек.в сторону увеличения энтропии. В изолированной сис-ме энтропия возрастает или невозможен пр-с,рез-том кот. было бы полное превращение теплоты в работу.

Три основные положения:1.в реальных пр-сах изм-е энтропии>0, 2.невозможна передача тепла от холодного к горячему телу. 3.невозможно создать работающ.двигатель, единственным рез-том кот.было бы получение работы за счёт теплоты (невозможно создать вечный двигатель).

3-ий закон установлен Нернстом. Он утверждает, что энтропия любой системы стремиться к 0, если температура стремиться к 0 и существуют фиксированные условия, постоянный объём, или давление. При температуре, стремящейся к 0, обращённая в 0 теплоёмкость, темп, и коэф. Давления и другие свойства второго закона НЕ являются такими же всеобъемлющими, как первый и применяются только к изолированным системам.