Инфофиз

1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, между которыми есть промежутки. Строение любого вещества дискретно (прерывисто).
2. Атомы и молекулы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении.
3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Диффузией называют явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого. Т.е. это самопроизвольное перемешивание веществ.

Броуновское движение - тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц.

Молекулой называют наименьшую устойчивую частицу данного вещества, обладающую его основными химическими свойствами.

Размеры молекул очень малы.

Порядок величины диаметра молекулы 1*10^-8 см ⁼ 1*10^-10 м

Порядок величины объёма молекулы 1*10^-20 м³

Порядок величины массы молекул 1*10^{-23 г =} 1*10^-26кг

Количество вещества ע – это физическая величина, показывающая, во сколько раз число молекул в данном веществе больше, чем число атомов в 12 г углерода. Оно равно отношению числа молекул (атомов) (N) в данном макроскопическом теле к числу молекул в 12 г углерода (N_A)

Единица измерения - 1 моль

Молярная масса - масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

M=m₀·N_A

Единица измерения - 1 кг/моль.

Значение молярной массы для каждого элемента можно узнать в таблице Менделеева.

Один моль любого вещества содержит одинаковое число молекул.

Постоянная Авогадро - число молекул в 1 моле любого вещества.

N_A =6, 02 * 10²³моль ^-1

Идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. (Ек>>Ер)

Идеальный газ – это модель, придуманная учеными для познания газов, которые мы наблюдаем в природе реально. Она может описывать не любой газ.

Свойства идеального газа:

1. расстояние между молекулами много больше размеров молекул;
2. молекулы газа очень малы и представляют собой упругие шары;
3. силы притяжения между молекулами стремятся к нулю;
4. взаимодействия между молекулами газа происходят только при соударениях, а соударения считаются абсолютно упругими;
5. молекулы этого газа двигаются беспорядочно;
6. движение молекул происходит по законам Ньютона.

Давление – физическая величина, равная отношению силы F, действующей на элемент поверхности перпендикулярно к ней, к площади S этого элемента.

p = F/S Единица давления в СИ паскаль [Па]

Давление газа возникает в результате беспорядочных ударов молекул о стенки сосуда, в котором находится газ.

Каждая молекула газа, ударяясь о стенку сосуда, в котором она находится, в течение малого промежутка времени дей­ствует на стенку с определенной силой. В результате беспорядочных ударов о стенку сила со стороны всех молекул на единицу площади стенки быстро меняется со временем относительно некоторой (средней) величины.

Парообразование - переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Происходит двумя путями: испарением и кипением.

Конденсация - переход вещества из газообразного состояния в жидкое.

Для того, чтобы превратить в пар при неизменной температуре жидкость массой m, ей необходимо сообщить количество теплоты, равное Q_п = L·m

L – удельная теплота парообразования

При конденсации выделяется количество теплоты, равное Q_к = - L·m

Испарение - это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости.

Скорость испарения зависит:

1. от рода жидкости (эфир и вода);
2. от площади её свободной поверхности (чем больше площадь, тем быстрее испаряется жидкость – блюдце и стакан);
3. от температуры (чем выше температура, тем быстрее испаряется жидкость – лужи зимой и летом);
4. от наличия движения воздуха над поверхностью (в ветреную погоду и в безветренную).

Кипение - это парообразование, которое происходит в объеме всей жидкости при постоянной температуре.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Свойства насыщенного пара:

1. Концентрация молекул насыщенного пара не зависит от его объёма при постоянной температуре. Если уменьшить объем насыщенного пара, то сначала концентрация его молекул увеличится и из газа в жидкость начнет переходить больше молекул до тех пор, пока опять на установится динамическое равновесие.

2. Давление насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объёма.

p = n·k·T, т.к. n не зависит от V , то и р не зависит от V.

Независимое от объёма давление пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара. Это наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре.

3. Давление насыщенного пара зависит от температуры. Чем выше будет температура жидкости, тем больше молекул будет испаряться, динамическое равновесие нарушится, но концентрация молекул пара будет расти до тех пор, пока равновесие не установится опять, а значит, больше станет и давление насыщенного пара. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает.

Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным.

Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха. Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.

Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздух , если бы все остальные газы отсутствовали.

Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного   пара p₀ при той же температуре, выраженное в процентах:

Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и психрометры.

Чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (то есть увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил A_внеш, пропорциональную изменению ΔS площади поверхности:

    A_внеш = σΔS

Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения (σ > 0) или просто поверхностным натяжением.

σ = А/ΔS

Коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м²) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м²).

Коэффициент поверхностного натяжения σ зависит

1. от рода жидкости;
2. от наличия примесей;
3. от температуры.

Поверхностное натяжение это физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения F, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности, к длине L этой границы.

σ = Fк / L

Если капли воды поместить на поверхность чистого стекла, то они будут растекаться, а если на жирную поверхность, то они примут форму, близкую к форме шара.

   Если силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. (случай с каплями воды на стекле)

   В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом.

   Краевой угол – угол между поверхностью твердого тела и касательной к поверхности жидкости в точке соприкосновения.

      Краевые углы смачивающей (1) и несмачивающей (2) жидкостей.

   Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то жидкость не смачивает поверхность твердого тела. (случай с каплями воды на жирной поверхности, ртутью на стекле)

   В этом случае краевой угол θ оказывается тупым (рис. 1).

   При смачивании θ < 0 (острый), при несмачивании θ > 0 (тупой). При полном смачивании θ = 0, при полном несмачиванииθ = 180°.

Твёрдые тела - вещества, длительное время сохраняющие свою форму и  объём.

По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела разделяются на два класса – кристаллические и аморфные тела.

В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества.

Молекулы и атомы в аморфных телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Для аморфных тел, как и для жидкостей, характерен ближний порядок в расположении частиц, но, в отличие от жидкостей, подвижность частиц мала. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), воск, смола, пластики и т. д.

В зависимости от характера сил взаимодействия и природы частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, различают четыре типа кристаллических решеток.

1. Ионные кристаллы. В узлах кристаллической решетки находятся ионы (положительно и отрицательно заряженные) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Связь между ними обусловлена электрическими (кулоновскими) силами взаимодействия (притяжения) между разноименными ионами.

Примером ионной решетки служит кристалл каменной соли NaCl.

2. Атомные кристаллы. В узлах кристаллической решетки находятся нейтральные атомы. Между ними существует ковалентная связь (связь, при которой каждые два соседних атома удерживаются рядом силами притяжения, возникающими при взаимном обмене между этими атомами двумя валентными электронами).

Примером атомных кристаллов являются алмаз, графит, германий, кремний.

3. Молекулярные кристаллы. В узлах кристаллической решетки находятся молекулы, ориентированные определенным образом. Между молекулами действуют силы притяжения, характерные для взаимодействия молекул.

К молекулярным кристаллам относятся нафталин, парафин, сухой лед СО₂, лед Н₂О.

4. Металлические кристаллы. В узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы металла, между которыми движутся свободные (валентные) электроны, образующие электронный газ. Связь в металлических кристаллах обеспечивается силами притяжения между положительными ионами, находящимися в узлах решетки, и отрицательным электронным газом.Эти силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания между одноименными ионами.

Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое.

При плавлении температура тела остается постоянной. Все переданное телу тепло идет на разрушение кристалла.

Чтобы перевести в жидкость твердое тело массой m при температуре плавления, ему надо сообщить количество теплоты

Q = λ m

где λ – удельная теплота плавления.

Кристаллизация (отвердевание) – переход вещества из жидкого состояния в твердое

При кристаллизации происходит выделение количества теплоты

Q = -λ m

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

ΔU = Q – A.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Q = ΔU + A.

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Он определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Единица измерения электрического заряда - Кл (кулон)

Закон сохранения электрического заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: 

q₁ + q₂ + q₃ + ... +q_n = const 

Закон Кулона: Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

, где k - коэффициент пропорциональности, равный

Тогда получаем:

Электрическое поле – это особая форма материи, которая существует независимо от нас и от наших знаний о нем, порождается электрическими зарядами и определяется по действию на электрические заряды.

Главное свойство электрического поля - действие на электрические заряды с некоторой силой.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда.

или

Напряженность электрического поля – это векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, и направленная в сторону действия силы.

Напряженность обозначается буквой Е.

Единица напряженности электростатического поля в СИ - Н/Кл (ньютон на кулон)

1 Н/Кл = 1 В/м

Если электрическое поле создается несколькими заряженными телами, то выполняетсяпринцип суперпозиции (наложения) полей точечных зарядов: напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами по отдельности:

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии.

Силовой линией или линией напряженности называется такая линия, в каждой точке которой вектор напряженности поля направлен по касательной к ней.

При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота  пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Линии напряженности электрического поля:

1) никогда не пересекаются;
2) не могут быть замкнуты сами на себя;
3) имеют начало на положительном заряде (или в бесконечности) и заканчиваются на отрицательном заряде (или в бесконечности).

Работа A₁₂ по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов (φ₁ – φ₂) начальной и конечной точек:

A₁₂ = W_p1 – W_p2 = qφ₁ – qφ₂ = q(φ₁ – φ₂)

Потенциалом φ электрического поля - называют физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда.

Потенциал обозначается буквой φ.

Единица измерения потенциала - В (вольт)

Разность потенциалов φ₁ – φ₂   или напряжение между двумя точками поля численно равно работе сил поля по перемещению единичного заряда q между этими точками.

φ₁ – φ₂   = U = А / q

Разность потенциалов обозначается φ₁ – φ₂  , а напряжение обозначается U.

Единица измерения разности потенциалов (напряжения) - В (вольт)

Система проводников, электроемкость которой не зависит от внешних условий и от расположения окружающих тел, получила название конденсатора, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.

Простейший конденсатор – плоский конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика.

Электрическая емкость (электроемкость) -  это физическая величина, характеризующая способность проводника или системы проводников накапливать электрический заряд.

Электроемкость обозначается C

 Единица измерения электроемкости - Ф (фарад)

Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.

Формулу, выражающую энергию заряженного конденсатора, можно переписать в другой эквивалентной форме, если воспользоваться соотношением q = CU.

Электрическую энергию W_e следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе.