ПГУ, 1 курс физический факультет 2012 г

Вопросы к экзамену по курсу «Молекулярная физика»

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Агрегатные состояния вещества. Масса и размеры молекул. Идеальный газ.

2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Опытные газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

3. Газ в атмосфере. Барометрическая формула и следствия из нее.

4. Распределение молекул в потенциальном поле (распределение Больцмана).

5. Броуновское движение. Теория Эйнштейна-Смолуховского.

6. Опыты Перрена по определению числа Авогадро.

7. Распределение молекул газа по компонентам скоростей. Функция распределения по скоростям. Распределение Максвелла.

8. Характерные скорости молекул в распределении Максвелла (вероятнейшая, средняя арифметическая, средняя квадратичная).

9. Экспериментальное определение скоростей молекул и их распределения по скоростям (опыт Штерна, опыт Ламмерт, опыт Штерна, Истермана, Симпсона).

10. Равномерное распределение энергии молекул по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа.

11. Частота столкновений молекул газа между собой. Средняя длина свободного пробега молекул в газе, ее зависимость от давления и температуры газа. Эффективное газокинетическое сечение молекулы.

12. Распределение молекул по длине пробега. Опыты по определению длины пробега молекул и эффективное сечение молекулы.

13. Явления переноса в газах. Диффузия. Уравнение диффузии, коэффициент диффузии, его зависимость от параметров газа. Измерение коэффициента диффузии в газах.

14. Теплопроводность газов. Уравнение теплопроводности, коэффициент теплопроводности, его зависимость от параметров газа. Измерение коэффициента теплопроводности.

15. Внутреннее трение в газах. Уравнение силы внутреннего трения, коэффициент вязкости, его зависимость от параметров газа. Измерение коэффициента вязкости газов.

16. Уравнение нестационарной теплопроводности. Коэффициент температуропроводности. Уравнение нестационарной диффузии. Характерное время прогрева(остывания) тел и релаксации концентрационных неоднородностей.

17. Порог физического вакуума. Свойства разряженных газов. Теплопередача в разряженном газе.

18. Молекулярное течение газа. Встречная изотермическая эффузия. Измерение вакуума (жидкостный манометр, термопарный вакуумметр, ионизационный метод).

19. Внутренняя энергия термодинамической системы. Внешняя работа. Количество теплоты. Первое начало термодинамики.

20. Теплоескость идеального газа C_V и C_P . Уравнение Майера. Недостатки классической теории теплоемкости идеального газа.

21. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. Работа и теплота в изопроцессах.

22. Адиабатический процесс. Применение первого начала термодинамики к адиабатическому процессу в идеальном газе. Уравнение адиабаты, показатель адиабаты, работа расширения газа в адиабатическом процессе.

23. Политропические процессы. Применение первого начала термодинамики к политропическим процессам в идеальном газе. Уравнение политропы, показатель политропы, Теплоемкость идеального газа в политропических процессах.

24. Принцип действия идеального теплового двигателя. Цикл Карно. КПД цикла Карно. Холодильная машина.

25. Теоремы Карно. Термодинамическая температурная шкала. Практические температурные шкалы. Реперные точки международной практической температурной шкалы МПТШ-90.

26. Второе начало термодинамики и его различные формулировки. Энтропия, ее свойства. Закон возрастания энтропии. Энтропия идеального газа.

27. Энтропия и термодинамическая вероятность, формула Больцмана. Флуктуации.

28. Реальные газы. Отступления от законов идеального газа. Изотермы реальных газов. Газ Ван-дер-Ваальса. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

29. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Критическое состояние. Критические параметры.

30. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса. Опыт Джоуля.

31. Процесс Джоуля-Томсона в реальном газе. Интегральный эффект в процессе Джоуля-Томсона. Температура инверсии.

32. Особенности жидкого состояния. Ближний и дальний порядок. Удельная поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения, его зависимость от внешних условий.

33. Дополнительное давление под искривленной поверхностью жидкости, формула Лапласа. Капиллярные явления. Формула Жюрена.

34. Тепловое движение молекул в жидкости. Диффузия в жидкостях. Вязкость жидкостей и ее зависимость от температуры.

35. Испарение и кипение жидкости. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Фазовая диаграмма жидкость – пар. Зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления.

36. Фазовый переход жидкость-пар. Уравнение фазового перехода первого рода.

37. Давление насыщенного пара над искривленной поверхностью жидкости.

38. Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллических решеток. Монокристаллы, поликристаллы. Кристаллизация и плавление - фазовые переходы первого рода.

39. Теплоемкость кристаллических тел. Закон Дюлонга и Пти. Закон Джоуля-Коппа. Недостатки классической теории теплоемкости кристаллов.

40. Квантовая теория теплоемкости кристаллов (по Эйнштейну).

41. Квантовая теория теплоемкости кристаллов (по Дебаю).

42. Фазовые переходы второго рода.