Билет №1 - Механические и тепловые явления.
Механические явления - это явления, связанные с перемещением макроскопических тел в пространстве. Макроскопические тела - это тела, состоящие из большого количества молекул. Механика изучает силы как причины их изменения скоростей тел, но природа этих сил, их происхождение механикой не объясняются. Явления, связанные с изменением температуры тел, называются тепловыми. При тепловом явлении с телом с точки зрения механики ничего не происходит, но как известно, тело состоит из беспорядочно движущихся частиц. Беспорядочное движение частиц, из которых состоит тело, называют тепловым.
Билет №2 - Основные положения МКТ.
В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат три основных положения:
а) Все вещества состоят из частиц. б) Частицы находятся в постоянном беспорядочном движении.
в) Эти частицы взаимодействуют друг с другом. Цель МКТ - объяснение свойств макроскопических (состоящих из большого числа молекул) тел и тепловых процессов, протекающих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц.
Билет №3 - Явления, подтверждающие МКТ.
а) В комнату внесли открытый флакон духов. Через некоторое время запах распространился по комнате, хотя уровень духов во флаконе не изменился. То есть во всей комнате есть частицы духов, но они настолько малы, что их выход из сосуда не изменяет уровня духов в нём. б) Подтверждение - явление диффузии (взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга вследствие беспорядочного движения частиц вещества), явление броуновского движения (тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц, возникающее вследствие того, что беспорядочно движущиеся молекулы или атомы газа или жидкости передают взвешенной в нём частице разные импульсы с разных сторон). в) Подтверждается явлением смачивания твёрдых тел жидкостями. Если сила притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твёрдого тела (пластилин), то твёрдое тело не смачивается, если же притяжение между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами твёрдого тела, то твёрдое тело смочится.
Билет №4 - Размеры, число и масса молекул.
В соответствии с первым положением МКТ все вещества состоят из частиц. Этими частицами могут быть молекулы, атомы или элементарные частицы. Для того, чтобы убедится в их реальности, нужно определить их размеры. Проще всего это сделать, наблюдая растекание масла по поверхности воды. Так как капля масла V=1см3 не может растечься на S>0,6 м2. Исходя из этого, можно предполагать, что толщина этого слоя равна одной молекуле, тогда её диаметр можно найти по формуле d= 
1, 7*10-7м. Размеры молекулы вещества, в том числе и масла больше размеров атомов (dатома 10-10м). Число молекул огромно. Так как число атомов в молекуле воды V=1см3 при m=1г примерно равно N= 
3,7*1022. Массу молекулы воды можно найти, если поделить массу этой капли на количество молекул в ней: m= $IMAGE6$ 2,7*10-23г. Молекулы других веществ имеют настолько же малые массы, кроме молекул органических веществ, которые имеют массу в сотни тысяч раз больше, но всё равно очень малые по сравнению с граммами.
Билет №5 - Силы взаимодействия молекул. Броуновское движение.
Если молекулы существуют и движутся, значит, между ними обязательно существуют силы взаимодействия, которые зависят от отношения между их диаметром и расстояниями между ними: а) r $IMAGE8$d, Fпр>Fот; б) r $IMAGE9$d, Fпр<Fот; в) r=d, Fпр=Fот. Силы притяжения и отталкивания между частицами называются электронными, так как они возникают вследствие взаимодействия между электронами одной молекулы и атомными ядрами соседних. Если в жидкости или газе находятся взвешенные частицы, то они будут находится в движении. Тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц называется броуновским. Его так назвали в честь английского биолога Броуна, впервые наблюдавшего его в 1827 году на спорах плавуна в воде. Причина броуновского движения в том, что удары молекул жидкости не компенсируют друг друга, потому что импульсы, передаваемые частице с разных сторон, неодинаковы. Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана Эйнштейном в 1905 году.
Билет №6 - Особенности строения жидких, твёрдых и газообразных тел.
Вещество может находится в трёх агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твёрдом. Особенность строения газообразных веществ состоит в том, что расстояние между молекулами или атомами в нём во много раз больше размеров самих частиц. Силы взаимодействия между частицами газа очень малы, поэтому они постоянно хаотично двигаются, и тела в газообразном состоянии не сохраняют свою форму и объём. В жидкостях расстояние между молекулами равно размерам самих молекул, молекулы колеблются около положения равновесия, но всегда совершают прыжки, перескакивая с одного места на другое. Этим обусловлено наличие сильных сил взаимодействия у жидкостей и их физические свойства (сохраняют объём, но не сохраняют форму). Молекулы в твёрдых телах находятся в строгом порядке и колеблются, не покидая своего положения равновесия. Силы взаимодействия в твёрдых телах сильнее, чем в жидкостях, твёрдые тела сохраняют свою форму и объём.
Билет №7 - Идеальный газ.
Идеальный газ - это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. Идеальный газ - это реальный газ в сильно разряженном состоянии. Молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, то есть Еп=0, но Ек $IMAGE10$0. Молекула газа ударяются о стенки сосуда, тем самым создавая давление. Давление определяется для всех частиц, находящихся в данном объёме и зависит от количества молекул, их скорости, кинетической энергии и числа в единице объёма, то есть концентрации.
Билет №8 - Основное уравнение МКТ.
Это уравнение показывает зависимость давления газа от средней кинетической энергии его молекул. Выведем его. Для этого вычислим давление газа на стенку CD сосуда ABCD площадью S. Каждая молекула, ударяясь о стенку сосуда, передаёт ей импульс m0Vх и отскакивая от стенки передаёт ей тот же импульс, то есть в общей сложности стенке сосуда передаётся импульс 2m0Vх, но молекул много, и их общий импульс, то есть импульс, передаваемый стенке сосуда равен 2m0VхZ, где Z - число столкновений всех молекул со стенкой за это время. Z~nVхS, но из всех молекул лишь половина движется в сторону CD, а другие - в обратную сторону, значит, Z= $IMAGE11$nVхS. Подставляя, получим: 2m0VхZ=m0nV2хS. По второму закону Ньютона F=m0nV2хS. V2х следует брать как среднее значение квадрата скорости V2х= $IMAGE12$V2, значит F= $IMAGE12$m0nV2. Тогда p= $IMAGE14$= $IMAGE12$m0nV2. Основное уравнение МКТ связывает макроскопическую величину p с микроскопическим m0, V2 и n. Если учесть, что Е= $IMAGE11$m0V2, то это уравнение можно записать так: p= $IMAGE17$nE. Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул.
Билет №9 - Термодинамические параметры. Температура и её измерение. Тепловое равновесие.
Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учёта молекулярного строения тел макроскопическими (термодинамическими) параметрами. К ним относятся V, t, p и другие. Состояние, при котором все термодинамические параметры остаются сколько угодно долго неизменными. Любое макроскопическое тело или группа тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. Состояние теплового равновесия характеризуется температурой: все тела системы имеют одну и ту же температуру. При одинаковых температурах теплообмена не происходит. Разность температур указывает на направление теплообмена. Также температура показывает степень нагретости тела. Для измерения температуры пользуются термометром. Они бывают: а) жидкостные (основаны на тепловом расширении). б) газовые (основаны на изменении давления). в) термосопротивление (измерение силы тока в связи с изменением сопротивления проводника). г) металлический (основан на тепловом расширении двух различных металлических пластин). Жидкостные термометры дают погрешность при измерении температуры из-за того, что различные жидкости расширяются по разному. В отличии от них газы расширяются одинаково при нагревании и меняют своё давление и погрешности не происходит.
Билет №11 - Уравнение состояния идеального газа.
На основе зависимости давления газа от концентрации молекул и температуры p=nkT можно получить уравнение, связывающее все три макроскопических параметра p, V и T, характеризующее состояние данной массы достаточно разряженного газа. Это уравнение называется уравнением состояния идеального газа. Подставим в уравнение p=nkT формулу концентрации газа n= $IMAGE18$= $IMAGE19$. Получим pV= $IMAGE20$kNaT. Произведение постоянной Больцмана на число Авогадро называется универсальной (молярной) газовой постоянной. R=1,38*10 $IMAGE21$ $IMAGE22$*6,02*10 $IMAGE23$моль=8,31 $IMAGE24$. Подставим R в уравнение и получим pV= $IMAGE20$RT. Полученное уравнение называется уравнением Менделеева-Клапейрона. Из этого уравнения можно получить связь между p, V и T идеального газа в любых двух состояниях. $IMAGE26$= $IMAGE20$R, $IMAGE26$= $IMAGE20$R. Для газа данной массы правые части этих уравнений равны, а значит равны и любые части, значит $IMAGE26$= $IMAGE26$=const (уравнение Клапейрона). Уравнение состояния позволяет определить один из макроскопических параметров по двум другим, узнать, какие процессы протекают в системе.
Билет №12 - Газовые законы.
С помощью уравнения Клапейрона можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из трёх макроскопических параметров постоянны. Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами. Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров называют изопроцессами. Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при неизменной температуре называют изотермическим. pV=const при T=const - закон Бойля-Мариотта. Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при неизменном давлении называют изобарным. $IMAGE32$=const при p=const - закон Гей-Люссака. График - изобара. Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при неизменном объёме называют изохорным. $IMAGE33$=const при V=const - закон Шарля. График - изохора.
Билет №13 - Внутренняя энергия.
Кроме механической энергии все макроскопические тела обладают ещё и внутренней энергией. Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центра масс тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел). Внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией движущихся частиц, так как Еп=0. Е= $IMAGE34$ одного атома, число атомов N= $IMAGE35$. U= $IMAGE34$ $IMAGE37$. Na*k=R (универсальная газовая постоянная). U= $IMAGE38$ $IMAGE39$. $IMAGE40$U= $IMAGE38$ $IMAGE42$. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре U~T, массе U~m, и обратно пропорциональна молярной массе U~ $IMAGE43$. Внутренняя энергия макроскопических тел определяется однозначно параметрами, характеризующими состояние этих тел: T и V.
Билет №14 - Работа, необходимая для изменения состояния газа.
При совершении работы газом или над газом его внутренняя энергия изменяется, так как происходит сжатие и при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем, изменяется их кинетическая энергия и изменяется состояние газа. 1) $IMAGE40$h=h $IMAGE45$-h $IMAGE46$=-( h $IMAGE46$-h $IMAGE45$). 2) $IMAGE40$h= h $IMAGE46$-h $IMAGE45$. F`=F - третий закон Ньютона. A=F*S*cos $IMAGE52$. A - работа над газом, A`- работа газа. A`=F`* $IMAGE40$h=pS ( h $IMAGE46$-h $IMAGE45$)=p* $IMAGE40$V. 1) Если работа совершается над газом, то $IMAGE40$h<0, $IMAGE40$V<0, значит A`<0, A>0. 2) Если работу совершает газ, то $IMAGE40$h>0, $IMAGE40$V>0, значит A`>0, A<0. Работа газа A` на графике зависимости давления газа от объёма равна площади фигуры ABCD.
Билет №16 - Первый закон термодинамики. Применение его к законам и различным процессам.
В 19 веке немецким учёным Майером был открыт закон сохранения энергии. Формулировка его звучит так: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространённый на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики. В термодинамике рассматриваются тела, механическая энергия которых не изменяются, а за счёт совершения работы и передачи теплоты изменяется внутренняя энергия. Таким образом, изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе. $IMAGE40$U=A+Q. В изолированной системе A=0 и Q=0, значит $IMAGE40$U=U $IMAGE46$-U $IMAGE64$=0. U $IMAGE46$=U $IMAGE64$. Первый закон термодинамики можно записать так: Q= $IMAGE40$U+A`. Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её вну