Презентация на тему "Термодинамический и статистический методы"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Статистический и термодинамический методы

  Идеальный газ pptcloud.ru

• 
  Слайд 2
  

  Молекулярная физика итермодинамика – разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах.

  Первый шаг в познании строения вещества – установить из каких частей состоят тела, и как они взаимодействуют между собой. Два метода изучения макроскопических тел, состоящих из большого числа частиц: 1. статистический (молекулярно-кинетический), 2. термодинамический.

• 
  Слайд 3

  Большое число частиц:

  при нормальных условиях (р0 = 1,013·105 Па, Т0 = 273,15 К) все газы содержат в единицы объёма одинаковое число молекул NЛ = 2,68·1025 м-3 – число Лашмидта. При одинаковой температуре и давлении все газы содержат в единицы объёма одинаковое число молекул.

• 
  Слайд 4

  ● Статистический метод

  В основе лежит модель, которая описывается уравнениями теории вероятности и математической статистики. Основываясь на молекулярно-кинетических представлениях о веществе (все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении), сформулированы статистические распределения.

• 
  Слайд 5

  Статистические распределения:

  1. распределение молекул по объёму – n = const, 2. распределение молекул по скоростям –распределение Максвелла, 3. распределение молекул по потенциальным энергиям – распределение Больцмана, 4. закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Из этих распределений получают средние значения физических величин, которые характеризуют состояние системы.

• 
  Слайд 6

  ● Термодинамический метод

  В основе лежат опытные факты, проверенные человеком. Достоверность этого метода выше. Метод изучает общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.

• 
  Слайд 7

  Основные законы термодинамики:

  • I начало термодинамики – закон сохранения энергии тепловых процессов. dQ – тепло, подводимое к системе, dU – внутренняя энергия системы, dA – работа, совершаемая системой.

• 
  Слайд 8

  Основные законы термодинамики

  • II начало термодинамики – характеризует направление протекания процессов, дополняет I начало термодинамики. Формулировка Клаузиуса (1850 г.): тепло не может самопроизвольно переходить от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. Для кругового процесса: А– совершаемая работа, ∆Q – количество тепла, отнятое от нагревателя.

• 
  Слайд 9
  

  • III начало термодинамики: абсолютный нуль температуры недостижим – теорема Нернста. Абсолютный нуль температуры – температура, при которой прекращается хаотическое движение молекул.

• 
  Слайд 10
  

  Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые обмениваются энергией, как между собой, так и с внешними телами (внешней средой). Одно макроскопическое тело это уже термодинамическая система.

• 
  Слайд 11
  

  Состояние термодинамической системы характеризуется (задаётся) совокупностью физических величин (параметров состояния), называемых макроскопическими термодинамическими параметрами: р, T, V, ρ. Если термодинамические параметры с течением времени не меняются, то говорят, что система находится в состоянии термодинамического равновесия – р = const, T = const.

• 
  Слайд 12
  

  Для анализа состояния системы используется уравнение состояния: р = f(V,T) – функциональная зависимость равновесного давления от других термодинамических параметров.

• 
  Слайд 13

  Единица количества вещества.Число Авогадро

  1 моль – количество вещества, в котором содержится такое же число атомов, молекул и других структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде 12С массой 0,012 кг. Число Авогадро NA = 6,02·1023 1/моль. Нуклиды – общее название ядер, отличающихся числом нейтронов N и протонов Z. Молярная масса – масса вещества, взятого в количестве одного моля: M = m·NA [кг/моль].

• 
  Слайд 14

  Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.Основные положения

  1. Все тела состоят из атомов и молекул. 2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном беспорядочном (хаотичном) движении. Твёрдое тело сохраняет форму и объём. Жидкость – объём. Газ не сохраняет форму и объём. 3. Между атомами и молекулами действуют силы взаимодействия – силы притяжения и отталкивания.

• 
  Слайд 15

  • Понятие об идеальном газе

  Идеальный газ – модель. 1. Собственный объём молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом сосуда. → Молекула – материальная точка. 2. Между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия. 3. Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие. Следовательно, идеальный газ – система независимых материальных точек.

• 
  Слайд 16

  Законы идеального газа

  Изотермический процесс. 1. Закон Бойля-Мариотта.

• 
  Слайд 17
  

  Изобарный процесс. 2. Закон Гей-Люсака.

• 
  Слайд 18
  

  Изохорный процесс. 3.Закон Шарля.

• 
  Слайд 19
  

  4. 5. Закон Авогадро – моли любых газов при одинаковой температуре и давлении занимают одинаковые объёмы. При нормальных условиях он равен

• 
  Слайд 20
  

  6. Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в неё газов. Парциальное давление – давление, которое бы производил газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объём, в котором находится смесь.

• 
  Слайд 21
  

  Уравнение Клайперона-Менделеева – уравнение состояния для газа массы m: количество вещества, молярная универсальная газовая константа. постоянная Больцмана.

• 
  Слайд 22
  

  Запишем уравнение (1) для 1 моля газа: концентрация молекул. ρ – плотность вещества:

• 
  Слайд 23

  Поток молекул

  Для упрощения хаотичное движение молекул заменяют движением по 3-м осям x, y, z. плотность потока молекул – число молекул, прошедших через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению движения молекул, за единицу времени.

• 
  Слайд 24
  

  Примем 1. все молекулы имеют одинаковую скорость v, 2. молекулы движутся только вдоль координатных осей x, y, z. Т.к. пространство изотропно, то вдоль каждой из осей могут двигаться 1/3 всех молекул, находящихся в объёме. При этом половина этого числа может двигаться в положительном направлении оси, другая половина – в отрицательном направлении.

• 
  Слайд 25
  

  n – концентрация молекул. число молекул в объёме dV. число молекул, движущихся в положительном направлении одной из осей. Уравнении (3) подставляем в (1): плотность потока молекул. в векторном виде.

• 
  Слайд 26
  

  Если ввести понятие средней скорости, и всё учесть, то

• 
  Слайд 27
  

  Уравнение Клаузиуса – основное уравнениемолекулярно-кинетической теории идеального газа

  давление газа на стенку. Если газ состоит из Nмолекул, движущихся со скоростями v1, v2 …vn, то вводится понятие средней квадратичной скорости: Уравнение Клаузиуса связывает характеристики макромира (р) с характеристиками микромира (v).

• 
  Слайд 28

  Вывод уравненияКлаузиуса

  Удар о стенку – абсолютно упругий. За счёт действия силы реакции опоры импульс меняется на противоположный: изменение импульса молекулы при ударе о стенку.

• 
  Слайд 29

  Уравнение Клаузиуса

  По закону сохранения импульса молекула при ударе о стенку передаёт стенке импульс Импульс, переданный площадке dSза время dt: По 2 закону Ньютона: Уравнение (2)=(1):

• 
  Слайд 30
  

  Если молекулы движутся с разными скоростями, то переходят к Средняя кинетическая энергия молекул

• 
  Слайд 31

  Следствия из уравнения Клаузиуса

  1. Внутренняя энергия идеального газа. В сосуде Nмолекул, каждая обладает энергией Внутренняя энергия:

• 
  Слайд 32
  

  2. Абсолютная температура – мера интенсивности хаотического движения атомов и молекул. Подставляем в (1):

• 
  Слайд 33

  Подставляем в (1):

  Абсолютная температура – мера энергии хаотического движения (мера интенсивности хаотического движения).

• 
  Слайд 34

  Следствия из уравнения Клаузиуса

  3. Другой вид уравнения.