II Основы молекулярной физики и термодинамики Пояснения к рабочей программе

Приступая к изучению раздела «Основы молекулярной физики и термодинамики», студенты должны уяснить, что существует два качественно различных и взаимодополняющих метода исследования физических свойств микроскопических систем – статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Статистический метод исследования лежит в основе молекулярной физики, а термодинамический – в основе термодинамики. Молекулярно-кинетическая теория является важнейшей теорией, которая позволяет с единой точки зрения рассмотреть самые различные явления во всех состояниях вещества, вскрыть физическую сущность этих явлений и теоретическим путем вывести многочисленные закономерности, открытые экспериментально и имеющие большое практическое значение.

При изучении молекулярно-кинетической теории следует уяснить, что свойства огромной совокупности молекул отличны от свойств каждой отдельной молекулы и свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и средними значениями кинематических характеристик частиц, т.е. их скоростей, энергией и т.д.

В отличие от молекулярно-кинетической теории термодинамика не изучает конкретно молекулярные взаимодействия, происходящие с отдельными молекулами или атомами, а рассматривает взаимопревращения и связь различных видов энергии, теплоты и работы. Термодинамика основывается на двух, установленных опытным путем законах (началах): первом и втором законах термодинамики. Они позволяют описывать физические явления, связанные с превращением энергии макроскопическим путем.

При изучении основ термодинамики студент должен четко усвоить такие понятия, как термодинамическая система, термодинамические параметры (параметры состояния), равновесное состояние, уравнение состояния, термодинамический процесс, внутренняя энергия, энтропия и т.д.

Контрольная работа № 2 построена так, что позволяет проверить знания студентов по основным вопросам данного раздела.

В задачах на тему «Основы молекулярно-кинетической теории» внимание уделено таким вопросам программы, как уравнение Клапейрона-Менделеева, уравнение молекулярно-кинетической теории, средне кинетические энергии поступательного и вращательного движения молекул, средняя длина свободного пробега и среднее число соударений, явления переноса.

Задачи по теме «Основы термодинамики» охватывают такие важные соотношения и понятия, как первое начало термодинамики, внутренняя энергия, работа при различных изопроцессах и адиабатном процессе. Включены также задачи, которые позволяют изучить и понять такие вопросы, как цикл Карно, второе начало термодинамики и энтропия, которая в отличие от количества теплоты является функцией состояния.

Основные законы и формулы

Количество вещества	или
Количество вещества смеси газов	или
Уравнение Клапейрона-Менделеева (уравнение состояния идеального газа)
Закон Бойля-Мариотта	или
Закон Гей-Люссака	или
Закон Шарля	или

Закон Дальтона
Молярная масса смеси газов
Концентрация молекул
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
Средняя кинетическая энергия молекулы
Внутренняя энергия идеального газа
Скорости молекул:
средняя квадратичная
средняя арифметическая
наиболее вероятная
Средняя длина свободного пробега молекулы
Среднее число соударений молекулы за 1 с
Распределение молекул в потенциальном поле сил (распределение Больцмана)
Барометрическая формула
Уравнение диффузии (закон Фика)
Сила внутреннего трения в жидкости (газе)
Уравнение теплопроводности
Коэффициент диффузии
Динамическая вязкость (коэффициент внутреннего трения)
Теплопроводность
Уравнение Майера
Теплоемкость молярная:
изохорная
изобарная
Первое начало термодинамики
Работа расширения газа при процессе:
изобарном
изотермическом
адиабатном
Уравнение Пуассона
Показатель адиабаты (коэффициент Пуассона)
Коэффициент полезного действия тепловой машины
Коэффициент полезного действия цикла Карно
Изменение энтропии