КНІГІ ОНЛАЙН
Пошук сярод кніг, што прайшлі індэксацыю гуглам. Некаторыя кнігі гугл не знаходзіць
М.С.Цэдрык КУРС АГУЛЬНАЙ ФІЗІКІ ЦЕПЛЫНЯ і МАЛЕКУЛЯРНАЯ ФІЗІКА Дапушчана Міністэрствам адукацыі Рэспублікі Беларусь у якасці вучэбнага дапаможніка для студэнтаў педагагічных ВНУ МІНСК „ВЫШЭЙШАЯ ШКОЛА" 1994 ББК 22.36я73 ЦЗО УДК [536.1+539.1] (075.8) Рэцэнзснты: кафсдра агулыіай фізікі БДУ; кандыдат фізіка-матэматычных павук, прафесар Я. Я. Сянько Цэдрык М. С. ЦЗО Курс агульнай фізікі: Цсплыня і малекулярная фізіка: Вучэб. дапам. — Мн.: Выш. шк., 1994. — 232 с.: іл. ISBN 5-339-00966-1. У дапаможніку разглядаюцца прымяненне малекулярна-кінстычнай тэорыі да ідэалыіых газаў, першы і другі пачаткі тэрмадынамікі, з’явы пераносу ў газах, рэалыіыя газы і пара, вадкасці, цвёрдыя целы, раўнавага фаз і фазавыя пераходы, пытанні гідрадынамікі. Для студэнтаў фізіка-матэматычных факультэтаў вышэйшых педагагічных устаноў, настаўнікаў сярэдняй школы. ,, 5360100000 056 „ ,-> Ц М304(03) 94 27 94 ББК 22,36 я73 ISBN 5-339-00966-1 ©М. С. Цэдрык, 1994 ПРЛДМОВЛ Вучэбны дапаможнік «Цсплыня і малскулярная фізіка» з’яўлясцца другой кнігай комплекса дапаможнікаў па курсе агульнай фізікі. N^eханіка — толькі псршая ступснь вывучэння навакольнага свсту. Алс на многія пытанні яна нс можа даць адказу. Так, у механіцы нс тлумачыцца паходжанне сіл трэння і супраціўлення, награваннс цсл пры слізганні і інш. Узброіўшыся агульнымі законамі мсханікі, мы псраходзім да разгляду больш складаных нсмсханічных з’яў і працэсаў. Любос рэчыва складаецца з найдрабнсйшых часцінак — атамаў, малскул (сукупнасць атамаў) і іонаў. Часцінкі рэчыва маюць всльмі складаную структуру, якая будзс вывучацца ў курсс квантавай фізікі. Мы будзсм лічыць, што ўласцівасці часцінак і іх узасмадзсянні паміж сабою вядомыя. Нас будзс цікавіць выкрыццё агульных уласцівасцсй асяроддзя. У сувязі з гэтым у дапаможніку разглядаюцца важнсйшыя фізічныя працэсы і вслічыні, што вызначаюць іх ажыццяўлснне, статыстычныя і тэрмадынамічныя заканамсрнасці, даецца тэарэтычнае абгрунтаванне з’яў і іх практычнага выкарыстання. Выкладаннс матэрыялу абапіраецца на нсвялікую колькасць фундамснтальных законаў, якія абагульняюць вслізарнае мноства дослсдных фактаў. У сучасных умовах пастаяннага паскарэння тэмпаў развіцця навукі і тэхнікі выкладчыку ўсс часцсй даводзіцца сутыкацца з якасна новымі фізічнымі з’явамі. Таму мы псракананыя ў тым, што для будучага выкладчыка фізікі йсльмі важна засвасннс найшырэйшага кола фізічных законаў і паняццяў. Імкненнс падкрэсліць адзінства і ўнутраную логіку дадзснай кнігі зрабіла ўплыў на адбор матэрыялу, а таксама на парадак і мстодыку яго выкладання. У шэрагу выпадкаў апушчаны гістарычныя агляды, апісанні некаторых фізічных прылад, а таксама не разглядаюцца пытанні мстадалагічнага характару. Вучэбны дапаможнік змяшчас матэрыял, які ў асноўным адпавядас праграме для студэнтаў фізіка-матэматычных факультэтаў вышэйшых псдагагічных устаноў. Аўтар выказвас шчырую падзяку загадчыку кафедры агульнай фізікі Бсларускага дзяржаўнага універсітэта, доктару фізіка-матэматычных навук, прафссару В. Ул. Грузінскаму і супрацоўнікам гэтай кафсдры, а таксама прафесару кафедры фізікі Магілёўскага педінстытута Я. Я. Сянько, якія з вялікай увагай і дэталёва адрэцэнзавалі рукапіс, зрабілі шэраг каштоўных заўваг. Аўтар удзячны і калсктыву кафсдры агульнай фізікі Бсларускага дзяржаўнага педагагічнага універсітэта і асабліва дацэнту Ул. М. Котлу за слушныя парады, а таксама дацэнту кафедры беларускага мовазнаўства П. А. Міхайлаву за дапамогу ў выпрацоўцы тэрміналогіі і прагляд кнігі. Заўвагі і прапановы просім дасылаць на адрас: 220048, Мінск, праспект Машэрава, 11, выдавсцтва «Вышэйшая школа». Аўтар 1. АСНОЎНЫЯ ПАНЯЦЦІ Сістэму, якая ўяўляе сабой нскаторас цсла ці нскаторую групу цсл, напрыклад газ у пасудзінс, можна апісаць з мікраскапічнага або макраскапічнага пункту глсджання. Пры дапамозс мікраскапічнага апісання разглядасцца рух усіх малскул, атамаў, якія ўтвараюць сістэму. Макраскапічнас ж апісаннс дасцца праз такія парамстры, як ціск р, аб’ём V і тэмпсратура Т. Далей мы абмяркусм паняцці статычнага і тэрмадынамічнага мстадаў даслсдавання, а таксама малскулярна-кінстычную тэорыю. Будзсм карыстацца мадэллю матэрыяльнага цсла, якое складаецца з сукупнасці малекул і атамаў, уласцівасці, законы руху і ўзаемадзсянні якіх вядомыя. 1.1. Прадмет малекулярнай фізікі. Цеплыня Малекулярная фізіка — гэта раздзел курса агульнай фізікі, у якім вывучаюцца будова і ўласцівасці рэчыва, а таксама працэсы, што ў ім адбываюцца, зыходзячы з малекулярна-кінетычных уяўленняў. Згодна з гэтымі ўяўленнямі, будзсм даслсдаваць любос рэчыва. Яно можа знаходзіцца ў чатырох станах. Газ — гэта сістэма малскул, якія пры адсутнасці вонкавых уздзсянняў рухаюцца хаатычна. Малюнак гэтага руху будзе такі: большую частку часу кожная малекула рухасцца без узаемадзеяння, потым мяняс напрамак свайго руху ў выніку сутыкнсння з другой малскулай (рыс. 1.1, а). Рэчыва ў газападобным станс нс захоўвае ні форму, ні аб’ём. Цвёрдае цела — гэта сукупнасць малскул ці атамаў, якія размсшчаны ў пэўных пунктах, адносна якіх яны хістаюцца (рыс. 1.1,6). Рэчыва ў цвёрдым станс захоўвас як форму, так і аб’ём. Плазма ўяўляе сабой газ, які складасцца з зараджаных часцінак (элсктроны, іоны, ядры і г. д.). У такім газс існуюць унутраныя элсктрычныя і магнітныя палі, узнікаюць макраскапічныя токі зараджаных часцінак. Гэтыя токі існуюць у выглядзс макраскапічных струмсняў. Тэорыя плазмы заснавана на магнітнай гідрадынаміцы. Вадкасць — самы складаны аб’скт для вывучэння з пункту глсджання малскулярнай фізікі. Гэта абумоўлсна тым, што Рыс. 1.1. малскулы ў вадкасці размсшчаны блізка адна да адной, нібы датыкаюцца. Адс ж на працягу нскаторага часу яны знаходзяцца ў станс цспдавых хістанняў адносна выпадковых часовых становішчаў і марудна змяняюць свае адносныя становішчы (рыс. 1.1, в). Рэчыва ў вадкім станс імкнсцца захоўваць аб’ём, але нс захоўвае форму. Такім чынам, кожны стан рэчыва характарызуецца пэўнай унутранай структурай і пэўнымі ўласцівасцямі. Будзсм вывучаць рэчыва ў газападобным, вадкім і цвёрдым станах. Малскулярная фізіка цссна звязана з тэорыяй будовы рэчыва, статыстычнай фізікай і тэрмадынамікай. Яна з’яўлясцца галіной фізікі, сумсжнай з фізічнай хіміяй і асабліва з фізіка-хіміяй дыспсрсных сістэм і калоіднай хіміяй. Малскулярная фізіка з’яўляецца навуковай асновай сучаснага матэрыялазнаўства. Яна вызначае шляхі стварэння матэрыялаў з зададзснымі фізічнымі ўласцівасцямі: металічных сплаваў, мсталаксрамікі, ксрамікі, будаўнічых матэрыялаў (бетон, шкло, пластыка, гума, паўправадніковыя матэрыялы) і інш. Важнас месца ў малскулярнай фізіцы займае даследаванне залежнасці мсханічных уласцівасцсй ад саставу і будовы цел, дысперснасці, тэмпсратуры і ўздзеянняў навакольнага асяроддзя. Адсюль паходзіць новая галіна ведаў — фізіка-хімічная механіка. Малекулярная фізіка мас вялікае значэннс для развіцця іншых навук, такіх як фізікахімічная і малскулярная біялогія і інш. Уласцівасці цсл, якія разглядаюцца бсз уліку іх малекулярнай і атамнай структуры, называюцца макраскапічнымі ўласцівасцямі. Малскулярная фізіка тлумачыць макраскапічныя ўласцівасці газаў, вадкасцсй і цвёрдых цел на аснове даследавання мікраскапічных працэсаў, якія ў іх адбываюцца. Розныя фізічныя ўласцівасці вывучае тэрмадынаміка. Аднак у адрознснне '17 малскулярна-кінетычнай тэорыі ў тэрмадынаміцы разглядаюцца макраскапічныя ўласцівасці цсл і з’яў прыроды, пры гэтым нс закранасцца іх унутраная будова. Нс ўводзячы ў разгляд малскулы і атамы, тэрмадынаміка дазваляе зрабіць шэраг высноў адносна іх паходжання. Такім чынам, тэрмадынаміка і малскулярная фізіка развіваюцца паралсльна, мстады іх істотна адрозніваюцца. Высновы тэрмадынамікі шырока выкарыстоўваюцца ў фізіцы і хіміі, асабліва пры даслсдаванні энсргетычных псратварэнняў. Вядома, што ў газах, вадкасцях і цвёрдых цслах іншыя віды энсргіі могуць цалкам псратварацца ва ўнутраную, а поўнас псратварэннс ўнутранай энсргіі ў іншыя віды нсмагчыма. Гэта дазваляс зрабіць выснову, што малскулярная фізіка і тэрмадынаміка ўзасмна дапаўняюць адна адну. Аб’скт даслсдавання ў тэрмадынаміцы, які складасцца з цсл, што ўзаемадзсйнічаюць з асяроддзсм у выніку абмсну энсргіямі праз работу і шляхам цсплаперадачы, называюць тэрмадынамічнай сістэмай. Напрыклад, тэрмадынамічнай сістэмай з’яўлясцца газ у пасудзінс, вада і пара над ёю ў закрытай пасудзінс і інш. Усс цслы, якія акружаюць сістэму, алс нс ўваходзяць у яе склад, лічаць асяроддзсм. 1.2. Статыстычны і тэрмадынамічны метады даследавання У тэорыі цсплыні і малекулярнай фізікі пры апісанні з’яў ‘выкарыстоўваюць два асноўныя мстады, якія прынцыпова адрозніваюцца паміж сабой: статыстычны і тэрмадынамічны. Статыстычны метад заснаваны на ўяўлснні, што ўсс рэчывы складаюцца з вслізарнай колькасці малекул, якія знаходзяцца ў хаатычным руху. Напрыклад, у 1 см3 газу пры нармальных умовах змяшчасцца 2,69 • 1019 малекул. Кожная малекула пры нармальных умовах звсдвас за сскунду каля мільярда сутыкнснняў з іншымі малскуламі, у выніку чаго малскулы газу могуць рухацца з самымі рознымі хуткасцямі, ад всльмі малых да всльмі вялікіх, алс меншых за хуткасць святла. Шлях малскул вызначасцца всльмі складанай ламанай лініяй. Статыстычным мстадам вывучаюць статыстычныя размсркаванні, што задаюць імавсрнасць малскулы сістэмы мець той ці іншы набор значэнняў парамстраў, якія вызначаюць яс стан. Ён выкарыстоўваецца ва ўсіх галінах фізікі: пры вывучэнні газаў, вадкасцсй і цвёрдых цсл, атамнага ядра, распаўсюджвання святла ў касмічнай прасторы, радыёхваль, тэорыі зорак і г. д. Статыстычны мстод абапірасцца на канкрэтную мадэль унутранай будовы рэчыва і ставіць сваёй мэтай знаходжанне ўласцівасцсй складаных сістэм, зыходзячы з гэтай мадэлі. Для вывучэння фізічных з’яў выкарыстоўваецца таксама тэрмадынамічны метад. Ён заключасцца ў тым, што сістэму многіх часцінак (малскул і атамаў) можна разглядаць, не цікавячыся іх унутранай будовай. Напрыклад, пры такім падыходзе ідэальны газ характарызусцца ціскам, аб’ёмам і тэмпсратурай. Эксперыментальна нсабходна ўстанавіць сувязі паміж гэтымі вслічынямі, а тэорыя павінна будавацца на нскаторых агульных палажэннях (напрыклад, закона захавання энсргіі) і з іх дапамогай тлумачыць гэтыя сувязі. Такая тэорыя будзс фснамсналагічнай. Няглсдзячы на агульнасць і унівсрсальнасць, тэрмадынамічны мстад мас нсдахоп. Усс атрыманыя вслічыні вызначаюцца з эмпірычных даных, іх нсльга атрымаць тэарэтычна ў рамках тэрмадынамікі. Аднак паміж статыстычным і тэрмадынамічным мстадамі існус цесная сувязь. Вылучаная ў выніку развіцця малскулярнакінстычнай тэорыі ў самастойную навуку статыстычная фізіка дазваляс абгрунтаваць палажэнні тэрмадынамікі. Прымяненнс мстадаў статыстычнай фізікі нс абмяжоўвасцца ўласна малскулярная фізікай. Яны выкарыстоўваюцца ў самых розных галінах фізікі.