Презентация - Статистический и термодинамический методы

Смотреть слайды в полном размере
Презентация Статистический и термодинамический методы


Вашему вниманию предлагается презентация на тему «Статистический и термодинамический методы», с которой можно предварительно ознакомиться, просмотреть текст и слайды к ней, а так же, в случае, если она вам подходит - скачать файл для редактирования или печати.

Презентация содержит 44 слайда и доступна для скачивания в формате ppt. Размер скачиваемого файла: 2.08 MB

Просмотреть и скачать

Pic.1
Термодинамика и статистическая физика
Термодинамика и статистическая физика
Pic.2
Лекция № 1 1. Состояние термодинамического равно- весия. Температура. 2. Модель идеального газа. Дав
Лекция № 1 1. Состояние термодинамического равно- весия. Температура. 2. Модель идеального газа. Давление. Абсолютная температура. Уравнение состояния системы. 3. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Основные законы идеального газа.
Pic.3
СТАТИСТИЧЕСКИЙ И ТЕРМО- ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ Существуют два способа описания процессов, происхо- дящи
СТАТИСТИЧЕСКИЙ И ТЕРМО- ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ Существуют два способа описания процессов, происхо- дящих в макроскопических телах (телах, состоящих из большого числа частиц) – статистический и термодина- мический. Статистический метод изучает свойства макро- скопических тел исходя из свойств образующих тело частиц и взаимодействий между ними. Свойства тел, наблюдаемые на опыте, объясняются как усредненный результат действия отдельных молекул. Термодинамический метод изучает свойства тел, не вдаваясь в их микроскопическую структуру, а опираясь на фундаментальные законы ( начала термодинамики), установленные обобщением экспериментальных фактов.
Pic.4
Статистический и термодинамический методы, слайд 4
Pic.5
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Термодинамической системой называется совокупность ма
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ Термодинамической системой называется совокупность макроскопических тел, которые могут обмениваться энер- гией между собой и окружающей средой. Термодинамическая система может находиться в различ- ных состояниях, различающихся температурой, давлением, объемом, плотностью… Подобные величины, характери- зующие состояние системы, называются параметрами состояниями. Термодинами- ческие системы, которые не обмениваются с внешней сред- ой ни энергией, ни веществом называются замкнутыми (изолированными).
Pic.6
РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ Параметры состояния не всегда име- ют определенные значения (о
РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ Параметры состояния не всегда име- ют определенные значения (одина- ковые во всех точках системы). Состояние, в котором хотя бы один из параметров не имеет определен- ного значения, называется неравно- весным. Состояние термодинамической сис- темы будет равновесным, если все параметры cостояния имеют опре- деленные значения, не изменяющие- ся с течением времени.
Pic.7
РАВНОВЕСНЫЕ ПРОЦЕССЫ Термодинамическим процессом называется переход системы из одного состояния в др
РАВНОВЕСНЫЕ ПРОЦЕССЫ Термодинамическим процессом называется переход системы из одного состояния в другое. Такой переход всегда связан с нару- шением равновесия системы. Например, при сжатии газа давление в первую оче- редь возрастет вблизи поршня – равнове- сие нарушится. Нарушение равновесия будет тем значительнее, чем быстрее пере- мещать поршень. Если двигать поршень очень медленно, то равновесие нарушает- ся незначительно и давление в разных точ- ках мало отличается от равновесного для данного объема газа. В пределе, при беско- нечно медленном сжатии процесс окажется состоящим из последовательности равновесных состоя- ний. Процесс называется равновесным или квазистатическим.
Pic.8
Состояние термодинамической системы, не изменяющееся во времени и не сопровожда-ющееся переносом чер
Состояние термодинамической системы, не изменяющееся во времени и не сопровожда-ющееся переносом через систему вещества или энергии, называется термодинамическим равновесием.
Pic.9
Если два тела находятся в состоянии термодина- Если два тела находятся в состоянии термодина- мическ
Если два тела находятся в состоянии термодина- Если два тела находятся в состоянии термодина- мического равновесия, то есть не обмениваются энергией путем теплопередачи, то этим телам приписывается одинаковая температура. Температура – физическая величина, характе- ризующая степень нагретости тел и определяет направление передачи тепла. Если между телами происходит направленный теплообмен, то телу отдающему энергию припи- сывают большую температуру по сравнению с телом, получающим тепловую энергию.
Pic.10
В физике и технике за абсолютную шкалу температур принята шкала Кельвина, названная в честь знаменит
В физике и технике за абсолютную шкалу температур принята шкала Кельвина, названная в честь знаменитого английского физика, лорда Кельвина. 1 К – одна из основных единиц системы СИ Кроме того, используются и другие шкалы: – шкала Фаренгейта (немецкий физик 1724 г. ) – точка таянья льда 32F, точка кипения воды 212F. – шкала Цельсия (шведский физик 1742г. ) – точка таянья льда 0С, точка кипения воды 100С. 0С = 273,15 К. На рисунке приведено сравнение разных темпера- турных шкал.
Pic.11
Абсолютная температура Т не может быть отрицательной величиной. Своеобразие температуры заключается
Абсолютная температура Т не может быть отрицательной величиной. Своеобразие температуры заключается в том, что она не аддитивна (аддитивный – получаемый сложением). Если мысленно разбить тело на части, то температура всего тела не равна сумме температур его частей (длина, объём, масса, сопротивление, и так далее – аддитивные величины). Поэтому температуру нельзя измерять, сравнивая её с эталоном. Современная термомет-рия основана на шкале идеального газа, где в качестве термометрической величины используют давление. Шкала газового термометра – является абсолютной (Т = 0; Р = 0).
Pic.12
Статистический и термодинамический методы, слайд 12
Pic.13
Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории Рассмотрим подробнее, что представляет
Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории Рассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния – давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа – есть следствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чаще всего является единственным сигналом присутствия газа.
Pic.14
Находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, огранич
Находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует по нормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно: где ΔF–сила, действующая на поверхность площадь ΔS.
Pic.15
Давление внутри газа или жидкости можно измерить, помещая туда небольшой куб с тонкими стенками, нап
Давление внутри газа или жидкости можно измерить, помещая туда небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той же средой.
Pic.16
Статистический и термодинамический методы, слайд 16
Pic.17
Внутреннее давление является одним и тем же во всех направлениях, и, во всем объеме независимо от фо
Внутреннее давление является одним и тем же во всех направлениях, и, во всем объеме независимо от формы сосуда. Этот результат называется законом Паскаля: если к некоторой части поверхности, ограничивающей газ или жидкость, приложено давле- ние P0, то оно одинаково пере- дается любой части этой поверхности.
Pic.18
Вычислим давление, оказываемое газом на одну из стенок сосуда. Обозначим: n – концентрация молекул в
Вычислим давление, оказываемое газом на одну из стенок сосуда. Обозначим: n – концентрация молекул в сосуде; m0 – масса одной молекулы. Движение молекул по всем осям равновероятно, поэтому к одной из стенок сосуда, площадью S подлетает справа или слева в единицу времени молекул, где – проекция вектора скорости молекул на направление, перпендикулярное стенке, на ось x.
Pic.19
Статистический и термодинамический методы, слайд 19
Pic.20
Каждая молекула обладает импульсом m0υx, но стенка получает импульс (при абсолютно-упругом ударе ).
Каждая молекула обладает импульсом m0υx, но стенка получает импульс (при абсолютно-упругом ударе ). За время dt о стенку площадью S успеет удариться число молекул, которое заключено в объёме V: Общий импульс, который получит стенка S: Разделив обе части равенства на S и dt; получим выражение для давления:
Pic.21
Статистический и термодинамический методы, слайд 21
Pic.22
Под скоростью понимаем среднеквадратичную скорость Вектор скорости, направленный произвольно в прост
Под скоростью понимаем среднеквадратичную скорость Вектор скорости, направленный произвольно в пространстве, можно разделить на три составляющих: Ни одной из этих проекций нельзя отдать предпочтение из-за хаотичного теплового движения молекул, то есть в среднем:
Pic.23
Следовательно, на другие стенки будет точно такое же давление. Тогда можно записать в общем случае,
Следовательно, на другие стенки будет точно такое же давление. Тогда можно записать в общем случае, заменяя< > на < > или где – средняя кинетич. энергия одной молекулы. Это основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Итак, давление газов определяется средней кинетической энергией поступательного движения молекул.
Pic.24
Статистический и термодинамический методы, слайд 24
Pic.25
Единицы измерения давления. По определению, поэтому размерность давления 1 Н/м2 = 1 Па; 1 атм. =760
Единицы измерения давления. По определению, поэтому размерность давления 1 Н/м2 = 1 Па; 1 атм. =760 мм рт. ст. = 1,013∙105 Па ≈ ≈ 105 Па 1 мм рт. ст. = 1 тор = 1/760 атм. = 133,3 Па 1 бар = 105 Па; 1 атм. = 0,98 бар.
Pic.26
Чтобы связать энергию с температурой, Больцман ввел коэффициент пропорциональ-ности k, который впосл
Чтобы связать энергию с температурой, Больцман ввел коэффициент пропорциональ-ности k, который впоследствии был назван его именем: где k – постоянная Больцмана k = 1,38·1023 Дж·К1.
Pic.27
Величину T называют абсолютной температурой и измеряют в градусах Кельвина (К). Она служит мерой кин
Величину T называют абсолютной температурой и измеряют в градусах Кельвина (К). Она служит мерой кинети-ческой энергии теплового движения частиц идеального газа. Формула применима для расчетов на одну молекулу идеального газа. Обозначим: где R – универсальная газовая постоянная:
Pic.28
Тогдa для NA частиц идеального газа: следовательно, – это формула кинетической энергии для молярной
Тогдa для NA частиц идеального газа: следовательно, – это формула кинетической энергии для молярной массы газа.
Pic.29
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать по другом Т. к. Отсюда: В таком ви
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать по другом Т. к. Отсюда: В таком виде основное уравнение молекулярно-кинетической теории употребляется чаще.
Pic.30
Статистический и термодинамический методы, слайд 30
Pic.31
Основные законы идеального газа В XVII – XIX веках были сформулированы опытные законы идеальных газо
Основные законы идеального газа В XVII – XIX веках были сформулированы опытные законы идеальных газов, которые подробно изучаются в школьном курсе физики. Кратко напомним их. Изопроцессы идеального газа – процессы, при которых один из параметров остаётся неизменным.
Pic.32
1. Изохорический процесс. V = const. Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при пос
1. Изохорический процесс. V = const. Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля: P/Т = const: «При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным».
Pic.33
График изохорического процесса на РТ диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорическ
График изохорического процесса на РТ диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорического процесса на РV и VT диаграммах.
Pic.34
2. Изобарический процесс. Р = const. Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при пос
2. Изобарический процесс. Р = const. Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака: V/T = const «При постоянном давлении и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным».
Pic.35
График изобарического процесса на VT диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобаричес
График изобарического процесса на VT диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобарического процесса на РV и РT диаграммах.
Pic.36
3. Изотермический процесс. T = const. Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при п
3. Изотермический процесс. T = const. Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре Т. Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля-Мариотта: РV = const «При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его мо-лярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным». График изотермического процесса на РV – диаграмме называется изотермой.
Pic.37
Полезно знать графики изотермического процесса на VT и РT диаграммах.
Полезно знать графики изотермического процесса на VT и РT диаграммах.
Pic.38
4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный). Процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средо
4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный). Процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. 5. Политропический процесс. Процесс, при котором теплоёмкость газа остаётся постоянной. Политропический процесс – общий случай всех перечисленных выше процессов.
Pic.39
Статистический и термодинамический методы, слайд 39
Pic.40
7. Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Р, входящих в неё
7. Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Р, входящих в неё газов (Р1 – давление, которое оказывал бы определённый газ из смеси, если бы он занимал весь объём).
Pic.41
8. Объединённый газовый закон (Закон Клапейрона). В соответствии с законами Бойля - Мариотта и Гей-Л
8. Объединённый газовый закон (Закон Клапейрона). В соответствии с законами Бойля - Мариотта и Гей-Люссака можно сделать заключение, что для данной массы газа: Это объединённый газовый закон Клапейрона.
Pic.42
Менделеев объединил известные нам законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля с законом Авогадро. Ура
Менделеев объединил известные нам законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля с законом Авогадро. Уравнение, связывающее все эти законы, называется уравнением Менделеева-Клапейрона и записывается так: здесь – число молей. Для одного моля можно записать:
Pic.43
Если обозначим – плотность газа, то Если рассматривать смесь газов, заполняющих объём V при температ
Если обозначим – плотность газа, то Если рассматривать смесь газов, заполняющих объём V при температуре Т, тогда, парциальные давления, можно найти, как: , , …
Pic.44
Согласно закону Дальтона: полное давление смеси газа равно сумме парциальных давлений всех газов, вх
Согласно закону Дальтона: полное давление смеси газа равно сумме парциальных давлений всех газов, входящих в смесь Отсюда, с учетом вышеизложенного, можно записать – это уравнение Менделеева-Клапейрона для смеси газов.


Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!