Лекция №1 по курсу "Термодинамика и молекулярная физика" (Гавриков А.В.)

• Курс включает элементы статистической физики и кинетики.  

• Основное внимание будет уделено термодинамике и молекулярно-кинетической теории.  

• Цель курса - понять, что изучает термодинамика и как она связана с передачей тепла.  

• Вещество состоит из атомов и молекул, которые можно рассматривать как отдельные частицы.  

• Процессы передачи тепла можно изучать с точки зрения движения атомов.  

• Статистические законы помогают понять поведение большого количества атомов.  

• Термодинамика помогает в проектировании тепловых станций и окон.  

• Важна для понимания работы двигателей и бытовых приборов, таких как холодильники.  

• Вопросы передачи тепла и энергии играют ключевую роль в термодинамике.  

• Основные книги: Сивухин и Кириченко.  

• Дополнительная литература: Щеголев и Пригожин.  

• Важно читать книги на хорошем физическом уровне.  

• Введение в термодинамические системы: замкнутые, изолированные, диабатически изолированные.  

• Примеры систем: газ, вода, излучение.  

• Применение знаний из механики ограничено из-за большого количества частиц.  

• Термодинамические системы можно описать макроскопическими параметрами.  

• Примеры макропараметров: количество вещества, температура, давление.  

• Макропараметры связаны друг с другом и помогают описать систему.  

• Количество вещества измеряется в молях.  

• Один моль определяется числом Авогадро.  

• Определение моля с 2018 года: 6.02214076 × 10^23 молекул.  

• Давление, объем и температура зависят от точности измерений.  

• Определение числа Авогадро зависит от точности измерений.  

• Один моль - это определенное количество молекул.  

• Объем, давление и температура не являются независимыми величинами.  

• Существует функция, связывающая эти величины, называемая уравнением состояния.  

• Уравнение состояния важно для термодинамических систем.  

• Макропараметры включают объем, давление и температуру.  

• Независимых макропараметров может быть два или три.  

• Важно правильно писать уравнение состояния для каждого вещества.  

• Объем измеряется геометрически.  

• Давление измеряется силой, деленной на площадь.  

• Давление измеряется в ньютонах на квадратный метр или паскалях.  

• Температура определяется через ощущения.  

• Тепловизор помогает различать теплые и холодные объекты.  

• Для калибровки температуры используются реперные точки, такие как температура замерзания и кипения воды.  

• Шкала температур делится на равные промежутки.  

• Вода используется как реперная точка для шкалы Цельсия.  

• Важно правильно выбрать реперные точки для построения шкалы температур.  

• Температура - это кинетическая энергия хаотического движения молекул.  

• Температура измеряется в градусах, зависящих от выбранной шкалы, или в джоулях.  

• Важно понимать, что температура - это не направленное движение, а хаотическое.  

• Температура может измеряться в градусах Кельвина, Цельсия, Джоулях и электрон-вольтах.  

• Электрон-вольт - это энергия, которую приобретает электрон при прохождении разности потенциалов в один вольт.  

• Важно уметь переводить единицы измерения температуры из одной шкалы в другую.  

• Термодинамическое равновесие - это состояние, когда макроскопические изменения в системе прекращаются.  

• Система должна быть изолирована, чтобы достичь термодинамического равновесия.  

• Нулевое начало термодинамики утверждает, что все системы стремятся к термодинамическому равновесию.  

• Макроскопические параметры системы, такие как давление и объем, могут незначительно изменяться.  

• Эти изменения называются флуктуациями.  

• Давление - это среднее значение, которое может незначительно колебаться.  

• Переход системы из одного состояния в другое называется квазистатическим процессом.  

• Квазистатические процессы происходят через равновесные состояния.  

• Стационарный процесс отличается от квазистатического тем, что в нем нет термодинамического равновесия.  

• Обсуждение термодинамического равновесия и его применения.  

• Демонстрация с колбочкой и жидкостью для измерения температуры.  

• Объяснение, как изменение объема газа показывает изменение температуры.  

• Объяснение работы груши и манометра.  

• Демонстрация задержки в изменении давления из-за длины трубочек.  

• Сравнение амплитуды изменений давления в разных местах.  

• Введение в уравнение состояния идеального газа.  

• Обсуждение функции состояния и её упрощения.  

• Введение температурных коэффициентов объемного сжатия и давления.  

• Рассмотрение связи между коэффициентами альфа и бета.  

• Введение частных производных и их интерпретация.  

• Определение коэффициентов альфа и бета через производные.  

• Изменение давления приводит к деформации тела.  

• Коэффициент всестороннего сжатия определяется как производная изменения давления по деформации.  

• В изотермических и адиабатических процессах используются разные индексы для обозначения процессов.  

• Уравнение состояния позволяет предсказывать поведение вещества на основе измерений двух величин.  

• Это помогает в научных предсказаниях и понимании поведения вещества в различных условиях.  

• Уравнение состояния идеального газа является обобщением экспериментальных фактов.  

• Ученые Бойль, Мариотт, Гей-Люссак и другие проводили измерения для получения зависимостей между объемом, температурой и давлением.  

• Идеальный газ пренебрегает взаимодействием между частицами.  

• В реальности взаимодействие между частицами существует, но в идеальном газе оно игнорируется.  

• Давление газа на стенку можно рассчитать, учитывая упругие столкновения молекул.  

• Суммарный импульс всех молекул, ударившихся о стенку, равен изменению импульса одной молекулы.  

• Давление газа можно выразить через концентрацию молекул и их энергию.  

• Полная энергия всех частиц в сосуде равна произведению концентрации на три вторых кинетической энергии.  

• Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры.  

• Закон Дальтона: давления разных газов складываются.  

• Уравнение состояния смеси газов: суммарное давление равно сумме парциальных давлений каждого газа.  

• Термодинамическая система может изменять свою энергию за счет работы или передачи тепла.  

• Изменение внутренней энергии системы равно работе системы или количеству переданного тепла.  

• Внутренняя энергия системы включает кинетическую и потенциальную энергию молекул.  

• Огниво: демонстрация изменения внутренней энергии при совершении работы.  

• Использование тепловизора для наблюдения за нагревом колбочки с эфиром.  

• Демонстрация нагрева и воспламенения эфира при совершении работы.  

• Нагревание воды в колбочке для демонстрации изменения внутренней энергии.  

• Процесс нагрева воды и его визуализация.  

• Подтверждение первого начала термодинамики через демонстрацию нагрева.  

• Обсуждение первого начала термодинамики и его экспериментального подтверждения.  

• Призыв к дальнейшему изучению физики и обещание рассказать больше в следующий раз.