Релятивистская механика. Идеальный и реальный газы. Первое начало термодинамики. Круговые процессы

Релятивистская механика

Принцип относительности Галилея – законы механики одинаково формулируются для всех инерциальных систем отсчета. Следствие: никакими механическими опытами, проводимыми в данной инерциальной системе отсчета (ИСО), невозможно установить находится она в состоянии покоя или в состоянии равномерного прямолинейного поступательного движения.

Первый постулат релятивистской механики (принцип относительности Эйнштейна) – все законы природы одинаково формулируются для всех ИСО, т.е. инвариантны.

Второй постулат релятивистской механики (принцип постоянства скорости света) – скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, т. е. одинакова для всех ИСО.

Скорость света в вакууме является предельной, т. е. никакой сигнал, никакое взаимодействие тел не могут распространяться со скоростью большей, чем скорость света в вакууме.

Относительность одновременности – события, происходящие в разных местах в одной ИСО, могут быть одновременными, а в другой неодновременными. Может также меняться их порядок (но причинно-следственные связи остаются).

Замедление времени – Длительность события, происходящего в некоторой точке, наименьшая в той ИСО, где эта точка покоится.

Сокращение длины – длина стержня, измеренная в той ИСО, где он покоится больше, чем длина, измеренная в той ИСО, где он движется.

Кинетическая энергия тела – разность между полной энергией и энергией покоя.

Безразмерная скорость  .  Преобразования Лоренца  ; ; ; .  Замедление времени .  Сокращение длины  .  Закон сложения скоростей  .  Релятивистская масса  .  Импульс материальной точки  .  Справедливая форма второго закона Ньютона .  Ускорение при поперечной силе  . Ускорение при продольной силе. .  Энергия покоя тела  .  Полная энергия тела .  Кинетическая энергия тела  .  Связь импульса с полной энергией и скоростью .  Связь импульса с полной энергией .  Соотношения для частицы с нулевой массой покоя (например, фотона) ; ; .

Идеальный и реальный газы

Уравнение состояния – соотношение, определяющее связь между параметрами термодинамической системы.

Обычные параметры газа – термодинамическая температура (T = t + 273 К), объем сосуда, давление на стенки.

Молярная масса – масса одного моля вещества.

Концентрация молекул – отношение числа молекул к занимаемому ими объему (объему сосуда).

Число степеней свободы – количество независимых величин, которые полностью задают положение системы в пространстве.

Закон равнораспределения энергии по степеням свободы – в условиях равновесия на каждую степень свободы приходится одинаковая средняя кинетическая энергия одной молекулы, равная . На каждую колебательную степень свободы кроме того приходится еще такая же средняя потенциальная энергия.

Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) .  Молярная масса вещества  .  Количество вещества (число молей)  .  Другая форма уравнения состояния идеального газа  .  Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа  .  Другая форма этого уравнения  .  Средняя энергия поступательного движения молекулы идеального газа  .  Среднеквадратичная скорость молекул идеального газа  ;  наиболее вероятная скорость  ;  средняя скорость  .  Барометрическая формула  .  Распределение Больцмана  .  Средняя кинетическая энергия молекулы, приходящаяся на одну степень свободы  .  Общее число степеней свободы  .  Уравнение Ван-дер-Ваальса  .  Внутренняя энергия газа Уравнение Ван-дер-Ваальса  .

Первое начало термодинамики

Термодинамическая система – совокупность макротел, которые могут обмениваться энергией и веществом между собой и с внешней средой.

Изолированная система – не обменивается энергией и веществом с внешней средой.

Параметры состояния – физические величины, которые определяют состояние системы.

Равновесное состояние системы – все ее параметры имеют определенные значения, которые не изменяются с течением времени. Любая изолированная система с течением времени переходит в равновесное состояние. Это называется релаксация.

Термодинамический процесс – переход системы из одного состояния в другое.

Равновесный процесс – настолько медленный (квазистатический) процесс, что в каждый момент времени состояние системы приближенно можно считать равновесным.

Замкнутый процесс – система возвращается в исходное состояние