Основы физической термодинамики. Модуль 2 (1000,00 руб.)

Стр.2

Стр.138

Стр.139

Стр.140

УДК 536 ББК 22.317 В31 Издание доступно в электронном виде по адресу https://bmstu.press/catalog/item/7177/ Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Физика» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия В31 Веретимус, Д. К. Основы физической термодинамики. Модуль 2 : учебное пособие / Д. К. Веретимус, Н. К. Веретимус; под ред. А. Н. Морозова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. — 140 с. : ил. ISBN 978-5-7038-5611-6 Пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами модуля 2 курса «Физика». Изложены основные понятия, применяемые в термодинамике. Приведено уравнение состояния термодинамических систем. Рассмотрен статистический подход к равновесным состояниям. Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Физика». УДК 536 ББК 22.317 Учебное издание Веретимус Диана Константиновна Веретимус Надежда Константиновна Основы физической термодинамики Модуль 2 Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана. В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева. Подписано в печать 30.04.2021. Формат 70×100/16. Усл. печ. л. 11,37. Тираж 1500 экз. Изд. № 914-2020. Заказ Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, улица 2-я Бауманская, д. 5, к. 1. press@ baumanpress.ru https://bmstu.press Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, улица 2-я Бауманская, д. 5, к. 1. baumanprint@gmail.com ISBN 978-5-7038-5611-6 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................................................................................................. 3 Введение ........................................................................................................ 5 1. Молекулярно-кинетические представления о строении тел ................. 6 1.1. Статистический и термодинамический методы изучения макроскопических тел ..................................................................... 6 1.2. Термодинамическая система ............................................................ 7 1.3. Термодинамические состояния, обратимые и необратимые термодинамические процессы ......................................................... 7 1.4. Нулевое начало термодинамики ...................................................... 8 1.5. Идеальный газ .................................................................................... 8 1.6. Внутренняя энергия и температура термодинамической системы .... 9 1.7. Теплота и работа ................................................................................ 10 1.8. Адиабатически изолированная система .......................................... 10 1.9. Первое начало термодинамики ......................................................... 11 Примеры решения задач ............................................................................... 11 Задачи для самостоятельного решения ........................................................ 12 2. Уравнение состояния термодинамических систем ................................. 14 2.1. Уравнение Клапейрона — Менделеева ............................................ 14 2.2. Работа идеального газа в изопроцессах ........................................... 16 2.3. Идеально-газовый термометр .......................................................... 16 2.4. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории ............. 17 2.5. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул ..... 20 2.6. Внутренняя энергия идеального газа ............................................... 21 2.7. Экспериментальное подтверждение молекулярно-кинетической теории ................................................................................................ 22 2.8. Теплоемкость идеального газа при изопроцессах ........................... 23 2.9. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона .............................. 25 2.10. Политропический процесс ............................................................. 27 2.11. Теплоемкость и работа в политропических процессах ................. 28 2.12. Газ Ван дер Ваальса ......................................................................... 30 2.13. Внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса .................................... 33 Примеры решения задач .............................................................................. 34 Задачи для самостоятельного решения ....................................................... 40

Стр.138

Оглавление 139 3. Второе и третье начала термодинамики. Циклические процессы ........ 41 3.1. Тепловые и холодильные машины .................................................... 41 3.2. Второе начало термодинамики ......................................................... 43 3.3. Цикл Карно ........................................................................................ 43 3.4. Теорема Карно .................................................................................... 45 3.5. Термодинамическая шкала температур ............................................ 46 3.6. Неравенство Клаузиуса ...................................................................... 46 3.7. Термодинамическая энтропия ........................................................... 47 3.8. Закон возрастания энтропии ............................................................. 49 3.9. Третье начало термодинамики .......................................................... 51 Примеры решения задач .............................................................................. 51 Задачи для самостоятельного решения ....................................................... 56 4. Описание термодинамических процессов .............................................. 57 4.1. Основное неравенство и основное уравнение термодинамики ..... 57 4.2. Понятие о термодинамических потенциалах .................................. 57 4.3. Эффект Джоуля — Томпсона ........................................................... 64 4.4. Принцип Ле Шателье — Брауна ...................................................... 71 4.5. Введение в термодинамику необратимых процессов ..................... 72 Примеры решения задач .............................................................................. 74 Задачи для самостоятельного решения ....................................................... 78 5. Статистическое описание равновесных состояний ................................ 79 5.1. Функция распределения ................................................................... 79 5.2. Барометрическая формула ................................................................ 81 5.3. Распределение Больцмана ................................................................ 82 5.4. Принцип детального равновесия ..................................................... 83 5.5. Распределение Максвелла ................................................................ 83 5.6. Экспериментальная проверка распределения Максвелла .............. 93 5.7. Фазовое пространство ....................................................................... 94 5.8. Распределение Максвелла — Больцмана ........................................ 94 5.9. Равновесные флуктуации ................................................................. 95 5.10. Статистическое обоснование второго начала термодинамики. Формула Больцмана для статистической энтропии ..................... 96 Примеры решения задач .............................................................................. 98 Задачи для самостоятельного решения .......................................................101 6. Явления переноса .....................................................................................102 6.1. Эффективное сечение молекулы .....................................................102 6.2. Термодинамические потоки .............................................................105 6.3. Явления переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость ..........................................................................................105 6.4. Эффузия в разреженном газе ...........................................................110

Стр.139

140 Оглавление 6.5. Физический вакуум ...........................................................................112 6.6. Броуновское движение .....................................................................112 6.7. Производство энтропии в необратимых процессах ........................112 Примеры решения задач ..............................................................................114 Задачи для самостоятельного решения .......................................................117 7. Равновесие фаз и фазовые превращения ................................................118 7.1. Агрегатные состояния вещества .......................................................118 7.2. Условия равновесия фаз ...................................................................119 7.3. Явления на границе раздела газа, жидкости и твердого тела ........120 7.4. Капиллярные явления ......................................................................124 7.5. Фазовые переходы первого и второго рода .....................................125 7.6. Диаграммы состояния .......................................................................129 7.7. Критические явления при фазовых переходах ................................130 Примеры решения задач ..............................................................................133 Задачи для самостоятельного решения .......................................................136 Литература .....................................................................................................137

Стр.140