Молекулярная физика и термодинамика, Исаков А.Я., 2007

Молекулярная физика и термодинамика, Исаков А.Я., 2007.
    Программа изучения курса физики предусматривает самостоятельную работу студентов, которая заключается, в основном, в приобретении навыков практического использования физических законов при решении задач. Умение применять приобретенные физические знания является основной целью изучения любой дисциплины университетской образовательной программы, физика здесь не является исключением.
Эта книга, посвященная физическим основам законов теплового движения атомов и молекул, адресована всем тем, кто по роду своих занятий или из любопытства пытается разобраться в окружающих нас процессах. Развитые в пособии по самостоятельной работе теоретические и экспериментальные подходы могут оказаться полезными не толь ко при изучении курса физики студентами и курсантами очной и заочной форм обучения, но и при изучении целого ряда специальных дисциплин.
Основы молекулярно-кинетической теории.
1.1. Исторический экскурс
Творцом идеи структурного строения материи принято считать Демокрита, хотя его учитель Левкипп тоже интересовался строением и структурой предметов и ставил соответствующие задачи перед способным учеником.
Дата рождения Демокрита неизвестна, а похоронен он был в 370 г. до н.э. Демокрит прожил долгую жизнь, много путешествовал, учился у халдеев и персидских магов. Все сведения об этом удивительном греке к настоящему времени обросли многочисленными легендами и домыслами.
Благодаря тому, что многочисленные сочинения Демокрита сохранились, достаточно полно можно представить состояние атомистики того далёкого и славного времени, времени, когда просвещение было в очень большом почёте.
Мысли Демокрита о сути Мироздания на много опережали время и лишь через несколько веков его идеи находили своё отражение в трудах потомков. Так, например, Демокритом, по сути, был сформулирован закон сохранения энергии: «Ничто не возникает из ничего и ничего не переходит в ничто».
Демокрит учил, что во всей вселенной существует бесчисленное количество миров, одни из которых только формируются, другие достигли расцвета, третьи разрушаются и гибнут. Возникновение миров, по Демокриту, происходило от вихрей, возникающих при столкновении атомов, движущихся во всех направлениях в «великой пустоте».
Демокрит занимался не только философией и естествознанием, он проводил многочисленные наблюдения над животными, вскрывал трупы животных, ему принадлежит сочинение по анатомии хамелеона.
Легенда рассказывает, что однажды Демокрит сидел перед учениками на камне у моря, держал в руке яблоко (опять яблоко!) и размышлял: «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам - у меня останется половина яблока; если я дальше опять половину разрежу на две части, то у меня останется четверть яблока; но если я буду продолжать такое деление, всегда ли у меня в руке будет оставаться 1/8,16 и т.д. часть яблока? Или же в какой-то момент очередное деление приведёт к тому, что оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?».
Оглавление
1. Основы молекулярно-кинетической теории
1.1. Исторический экскурс 5
1.2. Вводные замечания 13
1.3. Атомы и молекулы 18
1.4. Примеры определения характеристик атомов и молекул 23
1.5. Температура 33
1.6. Основные положения молекулярно-кинетической теории 37
1.7. Основное уравнение кинетической теории газов 40
1.8. Примеры применения уравнений молекулярно-кинетической теории 44
2. Распределение молекул по скоростям и координатам
2.1. Закономерности в мире хаоса 63
2.2. Распределение молекул по скоростям 68
2.3. Особенные скорости молекул 72
2.4. Опытная проверка распределения Максвелла 75
2.5. Распределение молекул по координатам 77
2.6. Распределение Максвелла - Больцмана 79
2.7. Примеры определения скоростей и энергий молекул 80
3. Явления переноса в газах
3.1. Столкновение молекул 104
3.2. Диффузия 110
3.3. Внутреннее трение в газах 112
3.4. Теплопроводность 114
3.5. Теплопроводность газов 118
3.6. Уравнение теплопроводности 121
3.7. Выравнивание температур 124
3.8. Закон охлаждения Ньютона 126
3.9. Примеры явлений переноса 127
4. Первое начало термодинамики
4.1. Принцип эквивалентности 152
4.2. Первое начало термодинамики 157
4.3. Процессы изменения состояния 161
4.4. Термические коэффициенты 163
4.5. Теплоёмкость 166
4.6. Теплоёмкость в классической физике 168
4.7. Границы применимости классической теории теплоёмкости 170
4.8. Элементы квантовой теории теплоёмкости 172
4.9. Уравнение адиабаты идеального газа 179
4.10. Примеры применения первого начала термодинамики 180
5. Второе начало термодинамики
5.1. О тепловых машинах и Perpetuum mobile 205
5.2. Второе начало термодинамики 217
5.3. Термодинамическая шкала температур 222
5.4. Энтропия 225
5.5. Энтропия при изменениях состояния 230
5.6. Минимизация свободной энергии 231
5.7. Энтальпия 232
5.8. Энтропия и вероятность 233
5.9. Примеры применения второго начала термодинамики 235
6. Реальные газы
6.1. Отклонения от закона Бойля - Мариотта 249
6.2. Уравнение Ван-дер-Ваальса 250
6.3. Примеры использования уравнения Ван-дер-Ваальса 253
7. Физика жидкого состояния
7.1. Вводные замечания 265
7.2. Термические коэффициенты 268
7.3. Поверхностное натяжение и капиллярные явления 271
7.4. Явления переноса в жидкостях 276
7.5. Фазовые равновесия и фазовые превращения 282
7.6. Давление под криволинейной поверхностью жидкости 285
7.7. Примеры на молекулярные и термодинамические явления в жидкостях 287
8. Кипение жидкостей
8.1. Вводные замечания 294
8.2. Термодинамика фазовых переходов 296
8.3. Температура и теплота кипения 300
8.4. Структурные особенности кипения 303
8.5. Теплообмен при кипении 304
8.6. Возникновение в жидкости конкурентной фазы 306
8.7. Термоакустический способ исследования процессов кипения 315
9. Термофизические свойства воды
9.1. Общие сведения 320
9.2. Свойства и аномалии воды 325
9.3. Твёрдая вода 335
9.4. Водные заботы человечества 339
Литература 343.