1975. -565 с. с илл. OCR - текст распознанный, возможен
полнотекстовый поиск.
Основное содержание предлагаемого курса составляет расширенное изложение лекций по физике, которые автор читал в течение многих лет (начиная с 1956 г. ) в Московском физико-техническом институте. Общий план лекционного курса, а также основной подход к изложению принципиальных вопросов физики на протяжении всех лет менялись мало. Однако с каждым годом курс обновлялся включением новых вопросов частного порядка и примеров. Многие ранее рассматривавшиеся вопросы при этом исключались. Делалось это не по принципиальным соображениям, а из-за недостатка времени. В настоящий курс вошли практически все вопросы, излагавшиеся на лекциях в разные годы. Вошли также и такие вопросы, которые на лекциях не излагались. Они занимают около 10—15% текста. Кроме того, включено много задач с ответами или подробными решениями. Весь этот материал может оказать пользу студентам при углубленном изучении физики и преподавателям при проведении семинарских занятий. Он, как надеется автор, будет способствовать развитию у студентов навыков физического мышления и умения самостоятельно ставить и решать принципиальные вопросы и конкретные физические задачи, что и является главной целью предлагаемого руководства. Разумеется, не весь этот материал является обязательным. Для удобства читателя основные вопросы напечатаны крупным шрифтом, все остальные — петитом.
Оглавление
Предисловие
Введение
Температура
Температура и термодинамическое равновесие
Термоскоп и температурные точки
Эмпирические температурные шкалы
Идеально-газовая шкала температур
Виды термометров
Международная практическая температурная шкала
Законы идеальных газов
Уравнение состояния и его следствия для бесконечно малых процессов
Макроскопические параметры
Первое начало термодинамики
Введение
Квазистатические процессы
Макроскопическая работа
Первое начало термодинамики для системы в адиабатической оболочке
Внутренняя энергия
Количество тепла. Математическая формулировка первого начала термодинамики
Когда можно пользоваться представлением о количестве тепла, содержащемся в теле
Закон Гесса
Теплоемкость
Внутренняя энергия идеального газа. Закон Джоуля
Уравнение Роберта-Майера
Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона
Определение Cp/Cv методом Клемана и Дезорма
Скорость звука в газах
Замечания относительно экспериментальных методов определения Ср и Сv для газов
Уравнение Бернулли
Скорость истечения газа из отверстия
Второе начало термодинамики
Общие замечания о первом и втором началах термодинамики
Различные формулировки основного постулата, выражающего второе начало
термодинамики
Обратимые и необратимые процессы
Цикл Кар но и теорема Карно
Термодинамическая шкала температур
Тождественность термодинамической шкалы температур со шкалой идеально-газового термометра
Приведение шкалы газового термометра к термодинамической шкале
Примеры на применение теоремы Карно
Разность между теплоёмкостями Ср и Су
Принципиальный способ градуировки термометра в абсолютной шкале
Перавенство Клаузиуса (для частного случая)
Перавенство Клаузиуса в общем виде
Принцип динамического отопления
Равенство Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания энтропии
Обобщение понятия энтропии на неравновесные состояния
Возрастание энтропии при диффузии газов. Парадокс Гиббса
Различные понимания второго начала термодинамики
Термодинамические функции
Термодинамическая теория эффекта Джоуля — Томсона
Общие замечания о методе термодинамических функций. Примеры
Максимальная работа и свободная энергия
Электродвижущая сила гальванического элемента
Общие критерии термодинамической устойчивости
Принцип Ле-Шателье — Брауна и устойчивость термодинамического равновесия
Теплопроводность
Уравнение теплопроводности
Простейшие стационарные задачи на теплопроводность
Пестационарные задачи. Теорема единственности
Принцип суперпозиции температур. Температурные волны
Задача об остывании полупространства
Внешняя теплопроводность
Простейшие вопросы молекулярно-кинетической теории вещества
Введение
Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории
Скорости теплового движения газовых молекул
Давление фотонного газа
Молекулярно-кинетический смысл температуры. Равномерное распределение кинетической энергии теплового движения по поступательным степеням свободы
Равномерное распределение кинетической энергии по степеням свободы
Броуновское движение
Вращательное броуновское движение
Классическая теория теплоёмкости идеальных газов
Адиабатическое нагревание и охлаждение газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории
Классическая теория теплоёмкости твёрдых тел (кристаллов)
Недостаточность классической теории теплоёмкостей. Понятие о квантовой теории (качественное рассмотрение)
Статистические распределения
Элементарные сведения из теории вероятностей
Распределение скоростей молекул газа. Постановка задачи
Закон распределения скоростей Максвелла
Распределение молекул по абсолютным значениям скорости. Средние скорости молекул
Другое доказательство закона распределения скоростей Максвелла. Принцип детального равновесия
Среднее число молекул, сталкивающихся со стенкой сосуда
Опытная проверка закона распределения скоростей Максвелла
Закон распределения Больцмана
Работы Перрена по определению числа Авогадро
Распределение Больцмана и атмосферы планет
Энтропия и вероятность
Метод наиболее вероятного распределения в статистике Больцмана
Статистики Ферми — Дпрака и Бозе — Эйнштейна
Термодинамический смысл химического потенциала
Теорема Пернста
Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна
Явления переноса в газах
Средняя длина свободного пробега
Эффективное сечение
Распределение молекул по длинам свободного пробега
Внутреннее трение и теплопроводность газов
Самодиффузня в газах
Связь коэффициента диффузии с подвижностью частицы
Концентрационная диффузия в газах
Броуновское движение как процесс диффузии
Термическая диффузия в газах
Явления в разреженных газах
Молекулярное течение ультраразреженного газа через прямолинейную трубу
Реальные газы
Молекулярные силы и отступления от законов идеальных газов
Уравнение Ван-дер-Ваальса
Другой метод введения поправки на силы притяжения между молекулами. Уравнение Дитеричи
Изотермы газа Ван-дер-Ваальса
Изотермы реального газа. Правило Максвелла. Непрерывность газообразного и жидкого состояний вещества
Свойства вещества в критическом состоянии. Определение критических параметров
Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
Эффект Джоуля— Томсона для газа Ван-дер-Ваальса
Методы получения низких температур и сжижения газов
Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение и некоторые явления, с ним связанные
Термодинамика поверхностного натяжения
Краевые углы. Смачивание и несмачивание
Разность давлений по разные стороны изогнутой поверхности жидкости. Формула Лапласа
Капиллярно-гравитационные волны малой амплитуды
Фазовые равновесия и фазовые превращения
Фазы и фазовые превращения
Условие равновесия фаз химически однородного вещества
Уравнение Клапейрона— Клаузиуса. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация
Зависимость давления насыщенного пара от температуры
Теплоёмкость насыщенного пара
Тройные точки. Диаграммы состояния
Кипение и перегревание жидкости
Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости
Метастабильные состояния
Фазовые превращения второго рода
Конвективная устойчивость жидкостей и газов
Растворы
Общие сведения
Растворимость тел
Осмос и осмотическое давление
Закон Рауля
Повышение точки кипения и понижение точки замерзания раствора
Правило фаз
Диаграммы состояния бинарных смесей
Симметрия и строение кристаллов
Симметрия тел
Кристаллические решётки
Кристаллические системы
Пространственные группы и кристаллические классы
Миллеровские индексы и индексы направлений
Решётки химических элементов и соединений
Дефекты в кристаллах
Именной указатель
Предметный указатель
Основное содержание предлагаемого курса составляет расширенное изложение лекций по физике, которые автор читал в течение многих лет (начиная с 1956 г. ) в Московском физико-техническом институте. Общий план лекционного курса, а также основной подход к изложению принципиальных вопросов физики на протяжении всех лет менялись мало. Однако с каждым годом курс обновлялся включением новых вопросов частного порядка и примеров. Многие ранее рассматривавшиеся вопросы при этом исключались. Делалось это не по принципиальным соображениям, а из-за недостатка времени. В настоящий курс вошли практически все вопросы, излагавшиеся на лекциях в разные годы. Вошли также и такие вопросы, которые на лекциях не излагались. Они занимают около 10—15% текста. Кроме того, включено много задач с ответами или подробными решениями. Весь этот материал может оказать пользу студентам при углубленном изучении физики и преподавателям при проведении семинарских занятий. Он, как надеется автор, будет способствовать развитию у студентов навыков физического мышления и умения самостоятельно ставить и решать принципиальные вопросы и конкретные физические задачи, что и является главной целью предлагаемого руководства. Разумеется, не весь этот материал является обязательным. Для удобства читателя основные вопросы напечатаны крупным шрифтом, все остальные — петитом.
Оглавление
Предисловие
Введение
Температура
Температура и термодинамическое равновесие
Термоскоп и температурные точки
Эмпирические температурные шкалы
Идеально-газовая шкала температур
Виды термометров
Международная практическая температурная шкала
Законы идеальных газов
Уравнение состояния и его следствия для бесконечно малых процессов
Макроскопические параметры
Первое начало термодинамики
Введение
Квазистатические процессы
Макроскопическая работа
Первое начало термодинамики для системы в адиабатической оболочке
Внутренняя энергия
Количество тепла. Математическая формулировка первого начала термодинамики
Когда можно пользоваться представлением о количестве тепла, содержащемся в теле
Закон Гесса
Теплоемкость
Внутренняя энергия идеального газа. Закон Джоуля
Уравнение Роберта-Майера
Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона
Определение Cp/Cv методом Клемана и Дезорма
Скорость звука в газах
Замечания относительно экспериментальных методов определения Ср и Сv для газов
Уравнение Бернулли
Скорость истечения газа из отверстия
Второе начало термодинамики
Общие замечания о первом и втором началах термодинамики
Различные формулировки основного постулата, выражающего второе начало
термодинамики
Обратимые и необратимые процессы
Цикл Кар но и теорема Карно
Термодинамическая шкала температур
Тождественность термодинамической шкалы температур со шкалой идеально-газового термометра
Приведение шкалы газового термометра к термодинамической шкале
Примеры на применение теоремы Карно
Разность между теплоёмкостями Ср и Су
Принципиальный способ градуировки термометра в абсолютной шкале
Перавенство Клаузиуса (для частного случая)
Перавенство Клаузиуса в общем виде
Принцип динамического отопления
Равенство Клаузиуса. Энтропия. Закон возрастания энтропии
Обобщение понятия энтропии на неравновесные состояния
Возрастание энтропии при диффузии газов. Парадокс Гиббса
Различные понимания второго начала термодинамики
Термодинамические функции
Термодинамическая теория эффекта Джоуля — Томсона
Общие замечания о методе термодинамических функций. Примеры
Максимальная работа и свободная энергия
Электродвижущая сила гальванического элемента
Общие критерии термодинамической устойчивости
Принцип Ле-Шателье — Брауна и устойчивость термодинамического равновесия
Теплопроводность
Уравнение теплопроводности
Простейшие стационарные задачи на теплопроводность
Пестационарные задачи. Теорема единственности
Принцип суперпозиции температур. Температурные волны
Задача об остывании полупространства
Внешняя теплопроводность
Простейшие вопросы молекулярно-кинетической теории вещества
Введение
Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории
Скорости теплового движения газовых молекул
Давление фотонного газа
Молекулярно-кинетический смысл температуры. Равномерное распределение кинетической энергии теплового движения по поступательным степеням свободы
Равномерное распределение кинетической энергии по степеням свободы
Броуновское движение
Вращательное броуновское движение
Классическая теория теплоёмкости идеальных газов
Адиабатическое нагревание и охлаждение газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории
Классическая теория теплоёмкости твёрдых тел (кристаллов)
Недостаточность классической теории теплоёмкостей. Понятие о квантовой теории (качественное рассмотрение)
Статистические распределения
Элементарные сведения из теории вероятностей
Распределение скоростей молекул газа. Постановка задачи
Закон распределения скоростей Максвелла
Распределение молекул по абсолютным значениям скорости. Средние скорости молекул
Другое доказательство закона распределения скоростей Максвелла. Принцип детального равновесия
Среднее число молекул, сталкивающихся со стенкой сосуда
Опытная проверка закона распределения скоростей Максвелла
Закон распределения Больцмана
Работы Перрена по определению числа Авогадро
Распределение Больцмана и атмосферы планет
Энтропия и вероятность
Метод наиболее вероятного распределения в статистике Больцмана
Статистики Ферми — Дпрака и Бозе — Эйнштейна
Термодинамический смысл химического потенциала
Теорема Пернста
Квантовая теория теплоёмкостей Эйнштейна
Явления переноса в газах
Средняя длина свободного пробега
Эффективное сечение
Распределение молекул по длинам свободного пробега
Внутреннее трение и теплопроводность газов
Самодиффузня в газах
Связь коэффициента диффузии с подвижностью частицы
Концентрационная диффузия в газах
Броуновское движение как процесс диффузии
Термическая диффузия в газах
Явления в разреженных газах
Молекулярное течение ультраразреженного газа через прямолинейную трубу
Реальные газы
Молекулярные силы и отступления от законов идеальных газов
Уравнение Ван-дер-Ваальса
Другой метод введения поправки на силы притяжения между молекулами. Уравнение Дитеричи
Изотермы газа Ван-дер-Ваальса
Изотермы реального газа. Правило Максвелла. Непрерывность газообразного и жидкого состояний вещества
Свойства вещества в критическом состоянии. Определение критических параметров
Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
Эффект Джоуля— Томсона для газа Ван-дер-Ваальса
Методы получения низких температур и сжижения газов
Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение и некоторые явления, с ним связанные
Термодинамика поверхностного натяжения
Краевые углы. Смачивание и несмачивание
Разность давлений по разные стороны изогнутой поверхности жидкости. Формула Лапласа
Капиллярно-гравитационные волны малой амплитуды
Фазовые равновесия и фазовые превращения
Фазы и фазовые превращения
Условие равновесия фаз химически однородного вещества
Уравнение Клапейрона— Клаузиуса. Испарение и конденсация. Плавление и кристаллизация
Зависимость давления насыщенного пара от температуры
Теплоёмкость насыщенного пара
Тройные точки. Диаграммы состояния
Кипение и перегревание жидкости
Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости
Метастабильные состояния
Фазовые превращения второго рода
Конвективная устойчивость жидкостей и газов
Растворы
Общие сведения
Растворимость тел
Осмос и осмотическое давление
Закон Рауля
Повышение точки кипения и понижение точки замерзания раствора
Правило фаз
Диаграммы состояния бинарных смесей
Симметрия и строение кристаллов
Симметрия тел
Кристаллические решётки
Кристаллические системы
Пространственные группы и кристаллические классы
Миллеровские индексы и индексы направлений
Решётки химических элементов и соединений
Дефекты в кристаллах
Именной указатель
Предметный указатель