1 Равномерное движение Уравнения и графики Движение при

1 Равномерное движение. Уравнения и графики Движение, при котором за равные промежутки времени тело совершает равное перемещение. Скорость. Ū=ΔŜ/Δt. Вектор скорости совпадает по направлению с вектором перемещения. X=X 0+Vxt - X 0 начальная координата тела, Vx-проекция скорости на ось Х 2 Равнопеременное движение. Ускорение. Уравнение и графики Движение, при котором скорость за равные промежутки времени изменения на равную величину. Δt=t-t 0, ΔŪ=Ū-Ū 0 ; Векторы ускорения направлены вдоль траектории точки. ΔŪ=āΔt или Ū-Ū 0 = ā (t-t 0); При t 0=0 –> Ū=Ū 0 +āt, т. е движение с постоянным ускорением. ā=const. Ускорение тела при его равноускоренном движении – величина равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое произошло изменение. ā=(Ū-Ū 0)/t; При равноускоренном движении: S=V 0 t+(at^2)/2 Вектор перемещения: Δř=Ū 0 t+(ā(Δt)^2)/2 Ū 0 - вектор начальной скорости; Проекция вектора перемещения на ось Х при t 0=0: Δrx=V 0 x +(axt^2)/2 3 Три закона Ньютона. Закон всемирного тяготения. 1 ый – тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить ее состояние. Этот закон утверждает существование инерциальной системы отсчета. ИСО – система отсчета , относительно которой свободное тело, неподверженное воздействию других тел, движется равномерно и прямолинейно. 2 ой – ускорение, приобретаемое телом, пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе тела. ā=Ḟ/m; Ḟ=mā= m(dŪ/dt) 3 ий – всякое действие тел друг на друга имеет характер взаимодействия; силы, с которыми тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки. Ḟ 12=Ḟ 21 Закон всемирного тяготения – между двумя любыми телами действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональное произведению масс этих тел M 1, M 2 и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. F=G(M 1 M 2/r^2), G – гравитационная постоянная. 4 Импульс тела, силы, 2 й закон Ньютона в обособленном виде. ЗСИ. Импульс тела – векторная величина, численно равная произведению массы тела на ее скорость и имеющая направление скорости. ṗ=mŪ кг*м/с. Импульс силы – векторная величина, являющаяся мерой механического взаимодействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или меняет свою скорость и размеры. В каждый момент времени сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Общая формулировка 2 о закона Ньютона – скорость изменения импульса тела равна действующей на нее силе. Ḟ=dṗ/dt, d –приращение. ЗСИ –в замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Замкнутая система - механическая система тел, на которые не действуют внешние силы. m 1Ū 1+m 2Ū 2=m 1Ū 1`+m 2Ū 2` 5 Механическая работа, мощность, КПД. Механическая работа – совершается только когда на тело действуют силы и оно движется. Она прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути. A=FS. Если направление F совпадает с направлением движения, то совершается «+» А, наоборот – «-» А. Если направление F перпендикулярно направлению движения, то А=0. Мощность – равна отношению А к t, за которое она была совершена. N=A/t. КПД- отношение полезной А к полной А. Ап < Аp; Ап/Аз<1; =Ап/Аз*100% 6 Механическая энергия: кинетическая и потенциальная. Закон сохранения и изменения механической энергии. Механическая энергия – физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Чем большую А может совершить тело, тем большей Е оно обладает. Совершенная работа равна изменению энергии. Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Чем > m и V, с которой тело движется, тем > Ек. Ек=(m. V^2)/2. Потенциальная энергия – энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Еп =Fh = mgh. Еп обладает всякое упругое деформирующееся тело. ЗСЭ – полная механическая энергия системы равна сумме Ек и Еп энергий. Е=Ек+Еп=const. ЗИЭ – полная механическая энергия остается постоянной, может происходить превращение Ек в Еп и обратно в эквивалентных количествах, механическая энергия остается неизменной. 7 Гидростатическое давление, закон Паскаля. Сообщающиеся сосуды. Гидростатическое давление – внутри жидкости существует давление и на одном и том же уровне оно одинаковое во всех направлениях. С глубиной давление возрастает. Закон Паскаля – давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменения, во всех направлениях. Сообщающиеся сосуды – в этих сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости, устанавливается на одном уровне. При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будут меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью. P=ρgh. 8 Сила Архимеда. Условия плавания тел. Сила Архимеда – это сила, выталкивающая тело из жидкости или газа. Fарх=gρV. Зависит от плотности жидкости и от объема этого тела. Если тело погружено в жидкость, то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесняемая им жидкость. Fтяж>Fарх – утонет, «=» - плавает, « <» - всплывает. Чем < ρ тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. 9 Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда – алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри данной системы. Замкнутая система – не обменивающаяся зарядом с другими телами. Закон Кулона – сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорционально зарядам Q 1 и Q 2 и обратно пропорционально квадрату расстояния r между ними. F=1/4πξ 0*(|Q 1|*|Q 2|)/r^2, ξ 0 - электрическая постоянная. Если взаимодействующий заряд находится в однородной изотопной сфере: F=1/4πξ 0*(|Q 1|*|Q 2|)/ξr^2, ξ- диэлектрическая проницаемость среды. 10 Электрическое поле. Напряженность поля. . Электрическое поле – создаваемое неподвижными электрическими зарядами. Напряженность поля – физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный «+» заряд, помещенный в эту точку поля. Ê=Ḟ/q 0. Точечный заряд – который не искажает исследуемое поле. Поле равномерно заряженной сферы: E(r)= {1)0; при rR. Напряженность поля внутри сферы = 0. Поле бесконечно заряженной плоскости: σ(х; у)=ΔQ/ΔS, при ΔS->0, б- поверхностная плотность заряда. Для равномерно заряженной плоскости σ(х; у)=const, ΔEi=Qi/4πξ 0 r^2; E=σ/2 Е 0. Принцип суперпозиции – наложение электрических полей. Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженности полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности. Ê=ΣÊi (i=1). 11 Работа электрического поля при перемещении заряда. Разность потенциалов… Работа электрического поля при перемещении точечного заряда – А при перемещении Q 0 из точки 1 в точку 2 в электрическом поле точечного заряда Q. A 12=1/4πξ 0*(QQ 0)/r 1 -1/4πξ 0*(QQ 0)/r 2. А сил электрического поляне зависит от траектории перемещения, а определяется положениями начальной и конечной точек. Разность потенциалов –определяется работой, совершаемой силами поля, при перемещении единичного « 1» заряда из точки 1 в точку 2. Ф 1 Ф 2=А 12/Q 0. Потенциал произвольной точки электрического поля равен энергии единичного положительного заряда, помещенного в эту точку. Ф=W/q=K 0*Q/r. Потенциал электрического поля, создаваемого металлической с зарядом Q сферой радиуса R, на расстоянии от центра сферы: Внутри сферы – Ф=Q/4πξ 0ξR, на поверхности сферы - Ф=Q/4πξ 0ξR, вне сферы - Ф=Q/4πξ 0ξR. Во всех формулах присутствует диэлектрическая проницаемость одного безграничного диэлектрика, окружающего сферу. Установить связь между напряженностью и разностью потенциалов для неоднородного поля можно используя представление об эквипотенциальных поверхностях. Рассчитаем работу совершаемую э. п. при перемещении электрического заряда с одной эквипотенциальной поверхности на соседнюю по направлению нормали и этой поверхности n: A=q. EΔn. С другой стороны: A=q(Ф 1 Ф 2)=-qΔФ; Е=-ΔФ/Δn; -Ф 1 -Ф 2/d = Ф 2 -Ф 1/d 12 Проводники в электрическом поле. Свойства проводников… Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. 1 ый разряд (металлы) – перенесение в них зарядов не сопровождается химическими превращениями: 2 ой (растворы кислот) – перенесение в них зарядов ведет к химическим изменениям. Св-ва: Напряжение во всех точках внутри проводника, помещенного в электрическое поле = 0. Потенциал во всех точках внутри проводника постоянен. Электрическая индукция – явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электрическом поле. Диэлектрики – тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды ( стекло, пластмассы). Полярные диэлектрики состоят из полярных молекул (Н 2 О, NН 3, CО 2). Неполярные диэлектрики состоят из неполярных молекул (N 2, H 2, O 2). Поляризация диэлектриков – процесс ориентации диполей или появление под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей. Если во внешнее электрическое поле внести пластинку из однородного диэлектрика, то диэлектрик поляризуется. 13 Электрическая емкость. Электроемкость плоского конденсатора… Электроемкость определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал единицу. С=Q/Ф. Конденсатор – система из двух проводников (обкладок) с одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку зарядами, форма и расположение которых такова, что поле сосредоточено в узком зазоре между обкладками. Электроемкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (Ф 2 -Ф 1) между его обкладками. С=Q/Ф 1 -Ф 2. Плоский конденсатор – две параллельные металлические пластины площадью S каждая, расположенные на расстоянии d друг от друга и имеющие заряды +Q и –Q. Электроемкость плоского конденсатора: С=ξ 0ξS/d. Энергия электростатического поля: – энергия системы неподвижных точечных зарядов. W=1/2(ΣQi. Фi) (i=1), Фi -потенциал, создаваемый всеми зарядами, кроме i-го, в той точке где находится заряд Q. – Энергия уединенного заряженного проводника: W=(CФ^2)/2=(QФ)/2=(Q^2)/2 С. – Энергия заряженного конденсатора W=(C(ΔФ)^2)/2=QФ/2=Q^2/2 c, где ΔФ-разность потенциалов между обкладками конденсатора. – Энергия плоского конденсатора: = W=(ξ 0ξЕ^2)/2*Sd=(ξ 0ξЕ^2)/2*V, где Е – напряженность электрического поля в конденсаторе, V-Sd – объем конденсатора. Параллельное соединение: U=U 1=U 2… Q= Q 1+Q 2… C=C 1+C 2… Последовательное соединение: Q=Q 1=Q 2… U=U 1+U 2… 1/C=1/C 1+1/C 2… 14 Электрический ток. Характеристики тока. Закон Ома участка цепи. Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов. Ток проводимости – электрический ток, возникающий в проводнике под действием приложенного электрического поля Е в результате перемещения зарядов: «+» - по полю, «-» - против поля. Конвекционный ток – упорядоченное движение зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного микроскопического тела. Постоянный ток - сила и направления которого не изменяются со временем. Плотность тока – физическая величина , определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока: j=I/S. Закон Ома для однородного участка цепи (без источника тока) – сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника: I=U/R. Закон ома для замкнутой цепи – сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к суммарному сопротивлению всей цепи: I=E/R+r. Сила тока – скалярная величина, определяется работой, совершенной сторонними силами при перемещении единичного «+» заряда: E=Acт/Q 0. Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока. R=U/I. Сопротивление проводника зависит от размеров, формы и материала. От температуры: Р=Р 0(1+αt) R=R(1+αt), Р и Р 0, R и R 0 – удельное сопротивление и сопротивление проводника при t и 0 град. α – температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не очень низких температурах). 15 ЭДС источника тока. Обобщенный закон Ома…. Следствие из обобщенного закона Ома: 1) Для однородного участка: (нет источника тока) E 12=0; I=(Ф 1 -Ф 2)/R= U/R. 2) Замкнутая цепь: Ф 1=Ф 2; I = E/R. 3) ЭДС в разомкнутой цепи: I=0; E 12=Ф 1 -Ф 2 16 Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленса. КПД источника тока. Работа электрического тока: А=IUt= I^2 Rt=(t. U^2)/R. Закон Джоуля. Ленса: Q=IUt= I^2 Rt=(t. U^2)/R, Q –количество теплоты, выделяющееся на участке цепи за врем t. Мощность тока: P=IU=I^2 R=U^2/R. КПД источника тока – отношение полезной работы к затраченной =Ап/Аз=Nп/Nз=UI/EI=U/E , тк U=IR а E=(R+r)/I то =U/E=IR/I(R+r)=R/R+r 17 Электронная проводимость металлов. Свободные электроны – носители электрического тока в системе. Сверхпроводимость – свойство металлов и их сплавов, заключающееся в том, что электрическое сопротивление сначала падает до нуля при охлаждении ниже критической температуры, характерной для данного проводника, т. е металл становится абсолютным проводником. 18 Электрический ток в полупроводниках… Полупроводники- класс веществ, характеризующихся значениями удельного сопротивления, промежуточными для металлов и диэлектриков. Примесная проводимость появляется у полупроводников, содержащих небольшое количество примесей. Собственная проводимость проявляется у химически чистых полупроводников. В идеальном кристалле при ОК такая структура представляет собой диэлектрик. При повышении температуры тепловые колебания решетки приведут к разрыву некоторых валентных связей, в результате чего часть электронов отщепляется и они становятся свободными. В покинутом месте возникает дырка, заполнить которую могут электроны из сходной пары. Полупроводники n-типа- полупроводники с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов. Полупроводники р-типа – с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов. 19 Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Закон электролиза. Электролиты – вещества, растворы которых проводят электрический ток. Электрический ток в растворах (расплавах) электролитов – упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов. Электролиз – выделение вещества на электродах при прохождении через раствор электрического тока. Закон электролиза (Фарадея) –масса М вещества, выделяющегося на электроде, пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит: М=k. Q или М=k. It, где k – электрохимический эквивалент в-ва, определяется массой в-ва выделяющегося на электродах при прохождении через электролит заряда 1 Кл. 20 Ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Вакуумный ток. Термоэлектронная эмиссия – явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел. Ток в вакууме –степень разрежения газа, при которой можно пренебречь соударениями между его молекулами; направленный поток электронов между двумя электродами (от катода к аноду). Вакуумный диод –вакуумный болон, в котором находится 2 электрода; вольфрамовая нить–катод–металлическое поле–цилиндр-анод 21 Несамостоятельный и самостоятельный разряды в газах. Плазма… Газовый разряд – прохождение электрического тока через газы. Несамостоятельный разряд – существующий только под действием внешних ионизаторов. Самостоятельный разряд –сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора. 1) Тлеющий разряд возникает при низком давлении; напряжение между электродами несколько сотен вольт (газовые лазеры, лампы дневного освещения). 2)Искровой разряд – атмосферное давление; большое напряжение между электродами; источник не сможет поддерживать самостоятельный разряд длительное время (молния, зажигание в авто). 3) Дуговой разряд – 50 В (прожекторы, сварка, электропечь). 4) Коронный заряд- давление атмосферное, влажность, сильно неоднородное электронное поле у поверхности острия (перед и в время грозы, линии электропередач) Плазма – частично/полностью ионизированный газ, в котором плотности «+» и «-» зарядов практически одинаковы. Это нейтральная система. 22 МКТ. Основные уравнения и положения. Атом – наименьшая часть тела химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных химическими связями. Количество вещества – физическая величина, определяемая числом специфических структурных элементов –молекул, атомов или ионов, из которых состоит вещество. Молярная масса – масса 1 моль вещества. М= m 0 NА. NА- постоянная Авогадро- число атомов, содержащихся в 1 моле различных веществ. Молярный объем – физическая величина, равная отношению объема однородной системы к количеству вещества системы. Представления, лежащие в основе МКТ: 1) Все тела состоят из молекул. 2) Молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении, в результате которого они имеют самые разные скорости. 3) Между молекулами существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания (Диффузия, броуновское движение –любые частицы малых размеров взвешенные в газе или жидкости совершают сложное зигзагообразное движение). ν=N/Na; M=m/ = m 0 NА. Давление идеального газа: р= n. KT, К- постоянная Больцмана. Уравнение идеального газа. PV= RT=m. RT/M. Изотерма – р. V=const при Т=const (закон Бойля-Мариотта). Изохора (закон Шарля) – Р=Р 0(1+αt), V=const. Изобара (закон Гей-Люссака) – V=V 0(1+αt), p=const. Абсолютная температура – Е=( t⁰С+ 273, 15)K. 23 Уравнения состояния идеального газа. Газовые законы (Дальтона). Идеальный газ – идеализированная модель, согласно которой считают, что: 1) Собственный объем молекул газа пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда. 2) Между молекулами отсутствует силы взаимодействия. 3) Столкновения молекул газа между собой и стенками сосуда абсолютно упругое. Уравнение состояния газа: р= n. KT. Закон Дальтона – давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов: Р=Р 1+Р 2+… 24 Количество теплоты. Тепловой баланс. Удельная теплота плавления… Парообразование – процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Q=rm. Испарение – парообразование, происходящее при любой температуре свободной поверхности жидкости. Конденсация – переход вещества из газа в жидкое состояние из-за охлаждения/сжатия. Кипение – парообразование во всей жидкости, зависит от температуры и давления. Плавление –переход из твердого состояния в жидкое. Кристаллизация –из жидкого в твердое. Q= m. Нагревание/охлаждение: Q=cm∆T. Сгорание: Q=qm. 1 й закон термодинамики: Теплота, сообщенная системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системной работы против внешних сил: Q=∆U+A. Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме совершенной над системой работы A`и полученной системой теплоты Q: ∆U=A`+Q; A`=-A. Удельная теплоемкость – величина, определяемая количеством теплоты необходимым для нагревания 1 кг вещества на 1 К: с=Q/m∆T 25 Температура и ее измерение. Абсолютная температура. Внутренняя энергия идеального газа. Температура – скалярная физическая величина, характеризующая приходящуюся на одну степень свобод, среднюю Екин. частиц микроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия Абсолютная температура – измеряемая по шкале Кельвина, отсчитывается от абсолютного нуля (-273, 15 ⁰С), зависит только от t и не зависит от V. Внутренняя энергия на 1 моль идеального газа: Е=i. N∆KT/2=i. RT/2 26 Работа газа. Первый закон в изопроцесах. Адиабата. Работа газа –если газ, расширяясь, передвигает поршень на расстояние ∆l. ∆A=F∆l=p. S∆l=p∆V. Работа при расширении «+» (∆V>0), при сжигании – «-» (∆V<0). ∆A=p ∆V. Изотерма: T 1=const; V 2>V 1; p 2

V 2; p 3

p 3; A 34=-Q 2. Адиабата: Т 1>T 2; V 1p 4; A 41=-A 23 27 Удельная и молярная теплоемкость газа в изопроцессах. Молярная теплоемкость – величина, определяемая количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 моль вещества на 1 К: Сm=Q/ν∆T. Удельная теплоемкость в 24 вопросе. 28 Циклические процессы. Цикл Карно. Тепловые двигатели… Цикл Карно – прямой обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. КПД теплового двигателя = отношению полезной работы к совершенной или же отношению полезной работы к количеству теплоты, выделяемой при сгорании топлива =Ап/Аз=Ап/Q*100%. Максимальное значение – 100% 29 Насыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пара от объема и температуры. Психрометр. Насыщенный пар- находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом того же вещества. Относительная влажность – парциального давления паров воды в газе к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре. Абсолютная влажность – количество влаги, содержащейся в 1 м 3 воздуха. Психрометр - прибор для измерения влажности воздуха и его температуры.