Основы молекулярной физики (мф) и термодинамики (тм)

ВОПРОСЫ К ЗАЧЁТУ ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ,

РАЗДЕЛЫ «основы механики, молекулярной физики и термодинамики»

Эл1, ТиТ1, Этм1, 2016-17 у.г.

1. Элементы кинематики. Материальная точка (МТ). Тело и система отсчета (СО). Траектория МТ. Перемещение. Длина пути. Скорость. Средняя скорость за интервал времени. Мгновенная скорость. Дифференциальная и интегральная связь скорости и длины пути. Графическое определение длины пути. Ускорение. Нормальное (вывод формулы), тангенциальное и полное ускорение. Дифференциальная связь ускорения и скорости. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь линейных и угловых кинематических параметров.

2. Законы Ньютона. 1-ый закон. Инерция. Инерциальные и неинерциальные СО. Импульс МТ. 2-ой закон. 3-й закон. Основная задача механики (два типа задач и примеры). Понятие состояния в классической механике, уравнения движения. Импульс механической системы. Механическая система. Замкнутая система. Вывод закона сохранения импульса замкнутой системы тел.

3. Работа и энергия. Элементарная работа силы по перемещению тела. Работа силы на участке траектории. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы. Кинетическая, потенциальная, полная механическая энергия системы тел. Связь между потенциальной энергией и силой. Силы тяготения. Потенциальная энергия, напряженность поля тяготения. Зависимость напряжённости поля тяготения от высоты. Потенциальная энергия упруго сжатой пружины. Закон сохранения механической энергии и теорема об изменении полной механической энергии системы. Абсолютно упругий и неупругий удар.

4. Силы инерции. Силы инерции, действующие на тело, находящееся в неинерциальной СО (НИСО), которая движется прямолинейно с ускорением. Силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся СО. Силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся СО. Силы Кориолиса. Второй закон Ньютона в НИСО. Величина и направление сил инерции, действующих на точку поверхности Земли. Зависимость силы тяжести и ускорения свободного падения от широты местности.

5. Динамика твердого тела.Момент инерции материальной точки, системы материальных точек с дискретным и непрерывным распределением массы относительно оси вращения. Момент инерции сплошного, полого цилиндров, прямого тонкого длинного стержня. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Кинетическая энергия плоского движения. Момент силы относительно полюса, оси. Работа при вращательном движении. Основное уравнение динамики вращательного движения АТТ.

Момент импульса и закон его сохранения. Момент импульса материальной точки относительно полюса, неподвижной оси. Момент импульса твердого тела относительно оси. Закон сохранения момента импульса. Аналогия между величинами и законами, описывающими вращательное и поступательное движение. Мгновенные оси. Свободные оси. Гироскоп.

6. Кинематика и динамика жидкостей и газов. Уравнение непрерывности. Уравнение Бернулли. Движение тела в среде с сопротивлением. Число Рейнольдса.

7. Основы релятивистской механики. Экспериментальные основания специальной теории относительности (СТО): «светоносный эфир» и попытки его обнаружения (опыт Майкельсона-Морли). Постулаты СТО: принцип относительности и постоянство скорости света. Преобразования координат и времени Галилея и Лоренца (вывод формул). Правило сложения скоростей в релятивистской механике (вывод формул). Следствия из преобразований Лоренца: длительность событий и длина тел в различных ИСО. Инвариантностьинтервала между событиями. Релятивистский импульс (РИ). Уравнение движения релятивистской частицы. Закон сохранения РИ. Релятивистское выражение для энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Полная, кинетическая и энергия покоя. Связь энергии и РИ. Значение СТО и представление об общей теории относительности.

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ (МФ) И ТЕРМОДИНАМИКИ (ТМ)

1. Основы молекулярной физики.Динамический и статистический метод. Основные физические величины, используемые в МФ: относительная молекулярная масса, единичная атомная масса, количество вещества, число Авогадро, молярная масса, концентрация вещества, модель идеального газа. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеальных газов (вывод). Молекулярно-кинетическое толкование температуры. Среднеквадратичная скорость. Опытное обоснование МКТ: опыты Броуна, Штерна, Перрена.

2. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Функция распределения Максвелла по скоростям. Наиболее вероятная скорость. Функция распределения Максвелла по энергиям. Вычисление средних величин с использованием функции распределения.

3. Барометрическая формула и распределение Больцмана.Вывод барометрической формулы. Определение высоты. Распределение Больцмана (в поле тяготения и других силовых полях).

4. Введение в термодинамику. Преимущества и недостатки термодинамического подхода. Термодинамическая система, процесс, параметры. Число степеней свободы. Закон Больцмана о равнораспределении энергии по степеням свободы молекулы. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении объема.

5. Явления переноса в термодинамических неравновесных средах. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул (вывод формулы). Вакуумные условия. Теплопроводность. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности. Диффузия. Закон Фика. Коэффициент диффузии. Внутреннее трение (вязкость). Закон Ньютона для вязкого трения. Динамическая вязкость.

6. Теплоемкость.Теплоемкость удельная и молярная. Вывод уравнения Майера. Коэффициент Пуассона. Экспериментальная зависимость теплоемкости газа от температуры.

7. Применение первого начала термодинамики к расчету изопроцессов.Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатический процессы.

8. Второе начало термодинамики. Круговые процессы.Прямой и обратный цикл. Термический коэффициент полезного действия. Обратимые и необратимые процессы. Эмпирические формулировки 2-го начала термодинамики: Клаузиуса и Кельвина-Планка. Цикл Карно. К.п.д. цикла Карно.

9. Принцип возрастания энтропии.Термодинамическое определение энтропии. Изменение энтропии при изопроцессах. Принцип возрастания энтропии. Тепловая смерть Вселенной.

10. Статистическое толкование энтропии. Микро- и макросостояние системы. Термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Изменение энтропии открытых систем. Третье начало термодинамики.

10. Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнения Ван-дер-Ваальса. Анализ изотерм Ван-дер-Ваальса. Сжижение газов.

11. Фазовые переходы.Фазовые переходы 1 и 2-го рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояний. Тройная точка.

12. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение, смачивание. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярные явления.

13. Твердые тела. Представление о кристаллических решетках и дефектах. Теплоемкость твердых тел.