Билет 10
1. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ газа. Использование свойств газов в технике.
2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение.
3. (задача на применение формул механической работы)
1. Основные положения Молекулярно кинетической теории позволяют объяснить целый ряд физических явлений и свойств тел тем точнее и подробнее, чем ближе построенная модель действительному корпускулярного строению тел. Максимальное совпадение получается в случае использования простейших системы – разряженных газов. Хорошей моделью разряженного газа является идеальный газ, который наделяют следующими свойствами:
1. Размеры молекул малы по сравнению с расстояниями между ними.
2. Молекулы взаимодействуют друг с другом и со стенками сосуда только в момент соударения.
3. Все соударения абсолютно упруги.
4. Рассматриваются любые газы, в которых число молекул очень велико.
5. Молекулы распределены по всему объему равномерно.
6. Молекулы движутся хаотично.
7. Скорости молекул могут принимать любые значения.
8. К движению отдельной молекулы применимы законы классической механики.
Положение 1 и 2 следуют из сведений о размерах и взаимодействиях молекул.
Положение 3 опирается на свойства броуновского движения, самой удивительной чертой которого является его постоянство, свидетельствующее об абсолютно упругом соударении молекул.
Положение 4 можно пояснить примером: в миллионной доле 1 мм^3 комнатного воздуха содержится 2,7 * 10^10 молекул.
Положения 5 и 6 имеют свое опытное обоснование в одинаковом давлении газа в разных местах сосуда, в котором он находится, закон Паскаля и броуновском движении. А вот справедливость постулатов 7и 8, а также границы их применения может подтвердить только контрольный эксперимент. С точки зрения современной физики скорости тел не могут быть сколь угодно большими (предельной скоростью является скорость света в вакууме 3*10^8 м/с). Однако модно предположить, что молекул с очень большими и очень маленькими скоростями в газе относительно немного.
Внутренняя энергия идеального газа. Если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна 0, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения вех молекул: U=N*E=v*Na*3/2 kT=3m/2M RT.
Внутренняя энергия идеального газа прямопропорционально его абсолютной температуре. Следовательно, при изменении температура идеального газа изменяется его внутренняя энергия; если температура остается постоянной, то внутренняя энергия идеального газа не изменяется. Используя уравнение состояния идеального газа можно получить одно выражение для вычисления внутренней энергии идеального одноатомного газа: p V = m/MRT => U=3/2 pV. Таким образом, внутренняя энергия идеального прямо пропорциональна произведению давления р на объем V, занимаемый газом.
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клайперона). Состояние идеально газа характеризует три макроскопические величины: р- давление, V – объем, Т – температура.
Р=n k T n =N/V N =v* N a тогда p=nkT=v*Na/V * kT , R=8,31
PV= m /MRT.
2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение.
Во всех телах, помещенных в магнитное поле, возникает магнитный момент. Это явление называется намагничиванием. Количественной характеристикой магнитных свойств вещества является магнитной проницаемостью, которая численно равна отношению вектора магнитной индукции в данной определенной среде к вектору магнитной индукции в той же точке пространства в вакууму: m= вектор B/векторB0. В зависимости от значения магнитной проницаемости, вещества можно разделить на ферромагнетики m>>1 – железо, кобальт, никель.
Парамагнетики – чуть больше 1, платина, жидкий кислород.
Диамагнетики M чуть меньше 1, висмут.
Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электронов. Электрон эквивалентен круговому току или вращающемуся заряженному телу и поэтому обладает собственным магнитным полем. С увеличением магнитной индукции внешнего поля возрастает степень упорядоченности ориентации отдельных доменов - магнитная индукция возрастает. При некотором значении индукции внешнего поля наступает полное упорядочение ориентации доменов, и возрастание магнитной индукции прекращается. Это явление называется магнитным насыщением. При вынесении ферромагнитного образца из внешнего магнитного поля значительная часть доменов сохраняет упорядоченную ориентацию – образец становится постоянным магнитом. Ферромагнитные материалы, способные усиливать магнитные поля в десятки раз, широко применяются в современной технике. Стальной сердечник является одной из основных деталей в современной технике. Стальной сердечник является одной из основных деталей электрогенератора и электродвигателя, электромагнита и трансформатора. Тонкий слой ферромагнитного порошка на гибкой пленке используется для магнитной записи и воспроизведения звука.