Список экзаменационных вопросов и ответы на № 1-29 по дисциплине "Физика" (Уравнение состояния идеального газа. Ядерные реакции. Удельная энергия связи. Кривая упаковки нуклонов)

  Содержание

1. Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Клайперона-Менделеева). Основное уравнение МКТ.
2. Внутренняя энергия идеального газа.
3. Первое начало термодинамики. Адиабатический процесс.
4. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. К.П.Д. тепловой машины. Понятие об энтропии.
5. Электростатическое поле. Характеристики поля. Напряжённость. Потенциал. Связь потенциала с напряжённостью электростатического поля.
6. Теорема Гаусса.
7. Диэлектрики и проводники в электрическом поле. Электрическая ёмкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
8. Полупроводники.
9. Постоянный ток.
10. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах.
11. Особенности силовых линий магнитного поля.
12. Закон Био-Савара-Лапласа.
13. Силовое действие магнитного поля. Сила Ампера, сила Лоренца.
14. Магнитное поле в веществе. Ферромагнетики.
15. Явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Основной закон ЭМИ (закон Фарадея). Правило Ленца.
16. Два положения теории электромагнитного поля Максвелла. Ток смещения.
17. Гармонические незатухающие механические колебания. Уравнения движения. Затухающие колебания. Резонанс.
18. Волновое движение. Уравнение плоской волны.
19. Взаимные превращения электрических и магнитных полей. Контур Томсона.
20. Свойства электромагнитной волны.
21. Корпускулярно-волновая теория света.
22. Интерференция. Понятие монохроматических, когерентных волн. Условия максимума и минимума. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Поляризация. Законы Малюса, Брюстера.
23. Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина. Гипотеза Планка. Уравнение Планка. Фотоэффект. Уравнение фотоэффекта (Эйнштейна). Красная граница фотоэффекта.
24. Классические модели строения атома (Томсона, Резерфорда). Квантомеханическая теория водородоподобного атома по Бору.
25. Корпускулярно-волновой дуализм материального мира. Волны де Бройля. Соотношения неопределённостей Гейзенберга. Волновая функция пси - ψ - амплитуда вероятности состояния электрона.
26. Квантовые числа и запрет Паули. Система элементов с позиции квантовой физики.
27. Радиоактивность. Зоны радиоактивного распада.
28. Элементы физики атомного ядра. Характеристики нуклонов. Особенности ядерных сил. Энергия связи, дефект массы.
29. Ядерные реакции. Удельная энергия связи. Кривая упаковки нуклонов. Два способа получения ядерной энергии (деление и синтез).

1.  f(P, V, T)=0  уравнение состояния

R – молярная газовая постоянная. Менделеев связал уравнение Клапейрона с законом Авогадро.

PV_m=RT уравнение идеального газа.

Полагая, что моль газа находится в нормальных условиях: P₀=1,013*10⁵ Па, T₀=273,15K, V_m=22.41*10^-3 м²\моль, R=8,31 моль*К.

Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ, его молекулы движутся хаотически. Выделим на стенке сосуда площадку ΔS. Число молекул, ударяющихся о площадку равно: nΔSvΔt, при столкновении они передают площадке импульс: P=2m₀v*¹\₆*nΔSvΔt=¹\₃nm₀v²ΔSΔt. Тогда давление газа, оказываемое на стенку сосуда равно: P=ΔP\(ΔSΔt)= ¹\₃nm₀v² средняя квадратичная скорость , характеризует всю совокупность молекул газа. Из двух последних выводится основное уравнение молекулярно-кинетической теории  учитывая что n=N/V,  Е – суммарная кинетическая энергия поступательного движения всех молекул газа.

Но с другой стороны: если V=V_m – молярный объём, m₀=M – молярная масса и PV_m=RT, то уравнение примет следующий вид:

2.  Внутренняя энергия [U] – Энергия хаотического движения и взаимодействия микрочастиц системы. однозначная функция термодинамического состояния системы, не зависящей от того как система пришла в данное состояние.

Энергия поступательного движения:

Средняя энергия молекулы: , где i – число степеней свободы

Энергия идеального газа, где взаимная потенциальная энергия молекул равна 0:

3.  Рассмотрим термодинамическую систему. Механическая работа которой неизменяема, только Внутренняя, за счёт совершения над системой работы или сообщения ей теплоты.

Допустим, что некоторая система, обладая некоторой внутренней энергией U₁ получила некоторое количество теплоты Q и перешла в новое состояние с внутренней энергией U₂, совершила работу А против внешних сил. Теплота положительна, когда она подводится к системе, а работа – когда она совершается против внешних сил. Изменение внутренней энергии: ΔU=U₂-U₁. Изменение энергии равно разности теплоты и работы: ΔU=Q-A или Q=ΔU+A это уравнение выражает первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение ею работы против внешних сил.

Продифференцируем: dQ=dU+dA в более корректной форме: δQ=dU+δA, в этом выражении полным дифференциалом является только энергия, а работа и теплота таковыми не являются.

Если A=Q получается вечный двигатель первого рода.

Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (δQ=0) между системой и окружающей средой. Как правило это быстропротекающие процессы.

Из первого начала термодинамики: δA=-dU т.е. внешняя работа совершается за счёт внутренней энергии системы.                                        С - на 103

Из уравнения идеального газа:  где Сv=iR/2-молярная теплоёмкость при постоянном объёме, равна отношению изменения внутренней энергии к повышению температуры.

Продифференцировав уравнение идеального газа получим:

Исключим температуру:  учитывая что  найдём

Проинтегрируем полученное уравнение в пределах от р₁ до р₂ и соответственно V₁ и V₂, а затем потенцируя: или  следовательно уравнение адиабатического процесса  ещё оно называется уравнением Пуассона ( - показатель адиабаты)

4.  Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов. ЕГО можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах.

Формулировка по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным