Физика примеры решения задач

Физика
  • Основные типы связей в твердых телах
  • Внутренняя структура твердых тел
  • Обратная решетка
  • Дифракция в кристаллах
  • Упругие свойства кристаллов
  • Динамика решетки
  • Тепловые свойства твердых тел
  • Электроны в металлах.
  • Зонная теория твердых тел
  • Дефекты кристаллической решетки
  • Раздел «Кинематика»
  • Раздел «Динамика»
  • Механические колебания и волны. Акустика
  • Уравнение движения материальной точки
  • Молекулярная физика и термодинамика.
  • Раздел. «Электростатика»
  • Раздел «Постоянный ток»
  • Раздел «Переменный ток»
  • Электрическое поле
  • Элементы атомной и ядерной физики
  • Взаимодействие света с веществом.
  • Основные физические константы в СИ
  • Молекулярная физика и термодинамика.

    Раздел «Свойства жидкостей. Биореология»

     На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила F, равная весу жидкости, вытесненной телом (закон Архимеда):

    ,

      где -плотность жидкости; g- ускорение свободного падения; V- объем вытесненной жидкости.

     Уравнение Бернулли для точек идеальной жидкости, принадлежащих одной линии тока:

    ,

      где рст – статическое; - динамическое; -гидростатическое давление; - плотность жидкости; - её скорость; h – высота соответствующей точки жидкости относительно некоторого уровня (например, уровня Земли).

      Уравнение Ньютона для вязкой жидкости:

    ,

      где - коэффициент вязкости;  - градиент скорости.

     Закон Стокса:

    ,

      где R- радиус шара; - скорость движения шарика в жидкости.

     Число Рейнольдса для трубы диаметром D:

    ,

      где - скорость жидкости; - кинематическая вязкость ();  для воды (2000-2400); для крови – (97080).

     Коэффициент поверхностного натяжения:

    , или ,

     где F-сила поверхностного натяжения; l- длина контура, ограничивающего поверхность жидкости; - измеряется Н/м (или Дж/м2); W- свободная энергия поверхностного слоя жидкости; S- площадь поверхности.

     Добавочное (дополнительное) давление:

    формула Лапласа: ,

     где R1 и R2 – радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных сечений поверхности жидкости.

     Для сферической поверхности , тогда:

    ,

     где - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; R- радиус сферической поверхности.

     Высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре (формула Борелли-Жюрена):

    ,

      где - краевой угол; r- радиус капилляра; - плотность жидкости.

    Раздел  «Газовые законы. Количество теплоты. Законы термодинамики.»

    Состояние газа характеризуется следующими зависимыми друг от друга параметрами: объем V измеряется в м3;

     давление Р – величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно к ней, измеряется в Паскалях (1 Па = 1 Н/м);

      температура Т – мера средней кинетической энергии молекул.

     При оценке температуры используются две шкалы – шкала Цельсия и шкала Кельвина (абсолютная шкала). Температура, измеренная по шкале Кельвина, называется абсолютной или термодинамической температурой. Она измеряется в Кельвинах (К) и определяется по формуле:

    Т = t + 273,16 или приближенно Т = t + 273,

    где t - температура, измеренная по шкале Цельсия.

    Число молекул N в данной массе газа определяется выражением

     

    где m – масса газа; m - молярная масса; n = m /m - количество вещества; NA – число Авогадро.

    Внутренняя энергия идеального газа есть полная кинетическая энергия всех молекул газа и выражается формулой:

     (1)

    где i – число степеней свободы молекулы газа; m - молярная масса; R – универсальная (молярная) газовая постоянная; Т - абсолютная температура газа.

    На каждую степень свободы молекулы газа приходится одинаковая энергия, выражаемая формулой:

      (2)

    где k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура газа.

     

    Процесс, протекающий при постоянной температуре (T = const) называется изотермическим и описывается законом Бойля – Мариотта: PV = const.

    Графически эта зависимость изображается гиперболой – изотермой.

    Изобарный процесс протекает при постоянном давлении (P = const) и подчиняется закону Гей – Люссака: 

    Изохорный процесс происходит при постоянном объеме (V = const) и описывается вторым законом Гей – Люссака или законом Шарля:

     

    Все эти законы выведены экспериментально и называются основными экспериментальными законами идеального газа.

     Уравнение, связывающие все три параметра, называется уравнением состояния.

     Для идеального газа это уравнение Менделеева – Клапейрона

    ,

    где m – масса газа

      - молярная масса

     Т – абсолютная температура

     R – универсальная газовая постоянная.

      Количество теплоты, поглощаемое телом при его нагревании, пропорционально массе тела  и разности температур  , на которую оно нагрелось

    ,

    где - удельная теплоемкость - количество теплоты, поглощаемое единицей массы вещества при нагревании его на один градус, измеряется в ().

    Молярной теплоемкостью () называется количество теплоты, поглощенное 1 молем вещества при нагревании его на 1 градус (или 1 К) следовательно,

    где - масса одного моля вещества, измеряется молярная теплоемкость в .

     Количество теплоты, выделяемое (поглощаемое) при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое, определяется формулами:

      и ,

     где m – масса вещества; - удельная теплота плавления, r - удельная теплота парообразования, измеряется в (Дж/кг).

    Первое начало термодинамики:

    ,

      где  - количество теплоты, переданное системе, -изменение внутренней энергии системы, А- работа, совершенная системой.

    Изменение внутренней энергии ,

    где - универсальная газовая постоянная,

       - число степеней свободы молекул газа.

     Работа, совершаемая газом при изменении объема от V1 до V2:

     или 

    - молярная теплоемкость газа при постоянном объеме:

    -  молярная теплоемкость при постоянном давлении :

    где - универсальная газовая постоянная,

       - число степеней свободы молекул газа.

    Молярная теплоемкость при постоянном давлении больше его молярной теплоемкости при постоянной объеме , т.е. > .

     Уравнение Майера:

    .

    Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой ().  При адиабатном процессе работа совершается только за счет изменения внутренней энергии газа:

     или .

    Состояние газа при адиабатном процессе описывается законом Пуассона:

    ,

    где  - показатель адиабаты или коэффициент Пуассона.

     К.П.Д. тепловой машины:  ,

    где Qн – количество теплоты, полученное газом от нагревателя; Q х – количество теплоты отданное газом холодильнику.

      К.П.Д. идеальной тепловой машины: ,

    где Тн – температура нагревателя; Тх –температура холодильника.

     Уравнение Ван-дер-Ваальса для 1 моля:

    ,

      где a и b – поправки Ван-дер-Ваальса; Vm – объем одного моля газа.

    Раздел «Явления переноса. Влажность воздуха.»

    Закон теплопроводности (закон Фурье):

    ,

     где - коэффициент теплопроводности; - градиент температуры в направлении, перпендикулярном площадке , время .

      Закон диффузии (закон Фика):

    ,

      где D- коэффициент диффузии; - градиент плотности; - площадь площадки; - время.

    Энтропия: S=klnWт, Wт – термодинамическая вероятность, k- постоянная Больцмана.

     Изменение энтропии при нагревании вещества от температуры Т1 до температуры Т2:

    ,

      где Ср – молярная теплоёмкость при р=const.

     Cкорость изменения энтропии для стационарного состояния в живом организме:

    ,

      где - скорость изменения энтропии, связанной с необратимыми процессами в биологической системе; скорость изменения энтропии вследствие взаимодействия системы с окружающей средой.

    Относительная влажность воздуха:

      или ,

     где абсолютная влажность воздуха; - масса пара, необходимая для насыщения 1м3 воздуха при данной температуре,  и  измеряется в (); р- парциальное давление; -давление насыщенного пара, измеряются в (Па).

    Физика - лекции, конспекты, примеры решения задач