Введение

СОДЕРЖАНИЕ

ББК 22.3

УДК 531

Тулупенко В. Н., Белых В.Г., Баржеев Р.В.

T 82

ББК 22.3

УДК 531

Краматорск 2006

ТЕРМОДИНАМИКА

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

МЕХАНИКА

Тулупенко В.Н., Белых В.Г., Баржеев Р.В.

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Курс лекций по дисциплине «ФИЗИКА»

(для студентов всех специальностей вуза)

Утверждено

на заседании ученого совета

Протокол № от 2006

Рекомендовано к дальнейшему использованию в учебном процессе метод. советом факультета

протокол № 7 от 21.03.2012

Рецензенты:

Рябухо Елена Николаевна, к.ф.-м.н., зав. каф. алгебри СДПУ;

Чальцева Ирина Викторовна, к.ф.-м.н., доцент, КЭГИ.

Матеріал охоплює розділи фізики «Механіка», «Молекулярна фізика», «Термодинаміка». Особливу увагу було приділено роз’ясненню смислу фізичних законів та їх свідомому застосуванню, що сприяє успішному засвоєнню основних ідей і методів фізичної науки. Курс лекцій буде корисний викладачам і студентам вищих навчальних закладів і всім зацікавленим фізикою.

Т 82 Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: Курс лекций по дисциплине “Физика”: Для студентов всех специальностей вуза. –Краматорск: ДГМА, 2006. – 108 с.

ISBN XXXXX

Материал охватывает разделы физики «Механика», «Молекулярная физика», «Термодинамика». Особое внимание уделено объяснению смысла физических законов и их сознательному применению, что способствует успешному усвоению основных идей и методов физической науки. Курс лекций будет полезен преподавателям и студентам высших учебных заведений и всем интересующимся физикой.

ISBN XXXXX © В.Н.Тулупенко, В.Г.Белых,

Р.В.Баржеев, 2006

© ДГМА, 2006

ВВЕДЕНИЕ…….……………………………………………….………………5

МЕХАНИКА……………………………………………………………………6

ЛЕКЦИЯ 1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ ……..….……….6

1.1 Основные понятия механики ………………………………………..6

1.2 Радиус-вектор. Перемещение. Траектория. Пройденный путь …..6

1.3 Вектор скорости..…………………………………………………...8

1.4 Ускорение ……………………………………………………………9

1.5 Элементы кинематики вращательного движения..……………...13

ЛЕКЦИЯ 2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ.

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА..………………………………………..17

2.1 Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона..…….17

2.2 Масса тела. Сила. Второй закон Ньютона.…..…………………..18

2.3 Третий закон Ньютона …….……………………………………….20

2.4 Виды взаимодействий и силы в механике..……………………...21

ЛЕКЦИЯ 3. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА

И МОМЕНТА ИМПУЛЬСА …………………………………...26

3.1 Импульс. Центр масс системы материальных точек.

Полный импульс системы материальных точек …………….…..26

3.2 Теорема о движении центра масс механической системы..…….27

3.3 Закон сохранения импульса …….………………………………....30

3.4 Момент импульса. Основное уравнение динамики

вращательного движения. Закон сохранения

момента импульса ………….…………………………………........31

ЛЕКЦИЯ 4. ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ТВЕРДОГО ТЕЛА.…...………..………………………….…...35

4.1 Действие момента сил на твердое тело....………………………..35

4.2 Основное уравнение динамики вращательного движения

твердого тела …...……………………………………………..……36

4.3 Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера …….……...39

4.4 Свободные оси. Понятия о гироскопе …….………………………41

ЛЕКЦИЯ 5. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ..….43

5.1 Механическая работа. Мощность ………………………………....43

5.2 Кинетическая энергия. Теорема о кинетической энергии..….….45

5.3 Консервативные силы. Потенциальная энергия ………….….…..47

5.4 Закон сохранения механической энергии …….……………….…52

5.5 Потенциальная яма. Условия равновесия механической

системы ……………………………………………………………..56

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ………..59

ЛЕКЦИЯ 6. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-

КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ...………………….…………….59

6.1 Статистический и термодинамический методы …..……….….…59

6.2 Масса и размеры молекул.………….……………………………..61

6.3 Опытные законы идеального газа.…….……………………...…..62

6.4 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.……...65

6.5 Физический смысл термодинамической температуры.........…….67

6.6 Средняя энергия теплового движения молекул..…..………….....68

ЛЕКЦИЯ 7. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛ ПО СКОРОСТЯМ………….71

7.1 Соударение молекул и тепловое равновесие.……...…...………..71

7.2 Понятия о функции распределения..………..………………..…..72

7.3 Распределение Максвелла по направлениям скоростей................74

ЛЕКЦИЯ 8. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БОЛЬЦМАНА ……..……………………..79

8.1 Распределение молекул по величине

скорости и по кинетической энергии....………….…………….…79

8.2 Барометрическая формула..………..…………………………...…81

8.3 Распределение Больцмана..…..………………………..…………..83

ЛЕКЦИЯ 9. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.…………………..86

9.1 Внутренняя энергия.………………………..……………….…..…86

9.2 Количество теплоты ………………..………………………………87

9.3 Работа, совершаемая телом при изменении объема...…………...89

9.4 Первое начало термодинамики..……………….……………....…91

9.5 Теплоемкость идеального газа …..……….……………............….93

ЛЕКЦИЯ 10. ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ..…………………97

10.1 Круговые процессы. Тепловые двигатели.……..……..………...97

10.2 Цикл Карно …..……….………………………………………...…99

10.3 Энтропия. Второе начало термодинамики....…….…................103

10.4 Статистический смысл энтропии.….…………………………...105

ЛИТЕРАТУРА …….…………………………………………………………107

Предлагаемый вниманию читателей курс лекций охватывает разделы физики «Механика», «Молекулярная физика», «Термодинамика». При составлении материала особое внимание уделялось объяснению смысла физических законов и их сознательному применению, что, по мнению авторов, способствует успешному усвоению основных идей и методов физической науки.

Составители старались придать изложению материала лекций внешне интересную форму, исходя из того, что интерес к предмету усиливает работу мысли, повышает внимание и, следовательно, способствует более сознательному усвоению.

Курс лекций будет полезен преподавателям, читающим курс физики в высших учебных заведениях, заставит их по-новому взглянуть на процесс обучения; студентам всех специальностей, которые найдут много нового в дополнение к тому, что они узнают на лекциях; школьникам, у которых сформирует интерес к физике и поможет им войти в современную науку; а также всем интересующимся физикой.