- •Кафедра оФиФнгп
- •Сборник задач по физике
- •И примеры их решения
- •Часть
- •Предисловие
- •Программа курса физики
- •Методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ
- •Молекулярная физика и термодинамика
- •Электростатика
- •Библиографический список
- •Контрольная работа № 1
- •Механика
- •Основные формулы
- •Кинематика
- •Динамика
- •Законы сохранения
- •Динамика твердого тела
- •Механические колебания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •3,8.1016 Дж.
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольная работа №2
- •Термодинамика
- •Электростатика
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самостоятельного решения
- •1. Основные физические константы
- •2. Молярная масса м, 10–3 (кг/моль)
Контрольная работа №2
Молекулярная физика и Термодинамика.
электростатика
Основные формулы
Молекулярная физика
1. Количество вещества или число молей
(1Ф)
где N
– число молекул (атомов) вещества;
– постоянная Авогадро (находится из
таблицы); m
– масса вещества (газа); М
– молярная масса вещества (находится
из таблицы).
2. Уравнение Менделеева – Клапейрона (уравнение состояния идеального газа)
,
(2Ф)
где Р,
V
– давление и объем газа; ν
– число молей; R
– универсальная газовая постоянная
(находятся из таблицы);
– термодинамическая температура.
3. Зависимость давления газа от концентрации молекул n и температуры Т (уравнение состояния идеального газа)
(3Ф)
где k – постоянная Больцмана (находится из таблицы).
4. Основное уравнение молекулярно – кинетической теории газов
,
(4Ф)
где
средняя
кинетическая энергия поступательного
движения молекулы
(5Ф)
5. Средняя квадратичная скорость молекул массой m0
.
(6Ф)
Термодинамика
6. Молярные теплоемкости тела (газа) при постоянном объеме СV и постоянном давлении СР:
,
(7Ф)
где i – число степеней свободы молекулы.
7. Внутренняя энергия газа
(8Ф)
8. Первое начало термодинамики
(9Ф)
где
сообщенной
газу;
–
приращение внутренней энергии;
–
работа, совершенная газом против внешних
сил.
9. Работа при расширении газа от объема V1 до объема V2
:
(10Ф)
а) при изобарном процессе
;
(11Ф)
б) при изотермическом процессе
А
=
ln(V2/V1).
(12Ф)
10. Работа газа при адиабатическом процессе
,
или
A
=
,
(13Ф)
11. Уравнение Пуассона для адиабатического процесса
,
(14Ф)
где γ = Cp /CV – постоянная адиабаты.
12. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) тепловой машины
(15Ф)
где
–
тепло, полученное рабочим телом от
нагревателя;
–
тепло, переданное рабочим телом
холодильнику.
13. К. п. д. идеального цикла Карно (теорема Карно)
(16Ф)
где
и
–
термодинамические температуры нагревателя
и холодильника.
14. Приращение энтропии для замкнутых равновесных процессов
,(17Ф)
где S1, S2 – энтропия в начальном и конечном равновесных состояниях системы; δQ – элементарное количество теплоты; Т – температура системы, при которой она получает тепло δQ.
Электростатика
15. Закон Кулона
(18Ф)
где F
–
модуль силы взаимодействия двух точечных
зарядов q1
и
;r
–
расстояние между зарядами;
–
электрическая постоянная, находится
из таблицы. Закон Кулона записан для
вакуума (воздуха).
16. Напряженность электрического поля, создаваемого системой n точечных зарядов, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом (принцип суперпозиции электрических полей),
,
(19Ф)
где
–
напряженность поля, создаваемого
i – м зарядом.
17. Модуль напряженности электрического поля:
а) точечного заряда
,
(20Ф)
где
–
расстояние от заряда
до точки, в которой определяется
напряженность
поля;
б) двух разноименно заряженных бесконечных параллельных плоскостей

где
ϭ1,
ϭ2
–
поверхностные плотности зарядов. При
σ
напряженность Е
=
σ/0.
В таком виде формула справедлива для
плоского конденсатора, в котором
расстояние между пластинами много
меньше их линейных размеров;
в) равномерно заряженной бесконечно длинной нити (или цилиндра радиуса R) на расстоянии r от нити (или оси цилиндра)
,(22Ф)
где
–
линейная плотность заряда. Для цилиндра
r
> R,
т. к. внутри цилиндра напряженность поля
Е
= 0.
18. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов

где q1, q2 – величины зарядов; r – расстояние между зарядами. Потенциальная энергия положительная при взаимодействии одноименных зарядов и отрицательная при взаимодействии разноименных зарядов.
19.
Потенциал электрического поля точечного
заряда
на расстоянииr
от заряда

Такая же формула используется для нахождения потенциала заряженной металлической сферы радиусом R и зарядом q в точке на расстоянии r > R от центра сферы. Потенциал поля внутри и на поверхности сферы φ = q/40R.
20.
Потенциал электрического поля,
создаваемого системой
точечных
зарядов, равен алгебраической сумме
потенциалов, создаваемых каждым зарядом
в отдельности (принцип суперпозиции)

где
–
потенциал поля заряда
.
21.
Связь между напряженностью поля
и потенциалом
:
а) для поля, обладающего центральной или осевой симметрией,

где производная dφ/dr, берется вдоль линии напряженности Е;
б) для однородного поля

где
–
расстояние между эквипотенциальными
поверхностями с потенциалами φ1
и φ2
вдоль линии напряженности
.
22. Работа, совершаемая электрическим полем по перемещению заряда q из точки 1 в точку 2,
А = q(φ1 – φ2), (28Ф)
где (φ1 – φ2) – разность потенциалов между начальной 1 и конечной 2 точками перемещения.
23. Электроемкость уединенного проводника

где q – заряд, сообщенный проводнику; φ – потенциал проводника.
24. Электроемкость конденсатора

где φ1 – φ2 = U – разность потенциалов или напряжение между обкладками конденсатора; q – модуль заряда одной обкладки конденсатора.
25. Электроемкость проводящего шара (сферы)

где R – радиус шара; – диэлектрическая проницаемость среды; 0 – электрическая постоянная (находится из таблицы).
26. Электроемкость плоского конденсатора

где S – площадь одной пластины; d – расстояние между пластинами.
27. Электроемкость системы из n конденсаторов, соединенных последовательно,

28. Электроемкость системы из n конденсаторов, соединенных параллельно,

29. Энергия заряженного конденсатора

Энергию заряженного
конденсатора удобно вычислять через
ту из величин q
или U,
которая в данном процессе остается
постоянной. Если заряд конденсатора не
изменяется (конденсатор отключен от
источника напряжения), то
;
если напряжение не изменяется (конденсатор
подключен к источнику напряжения), то
независимо от того, как меняется
электроемкость конденсатора.
