Термодинамика излучения. Начала молекулярнокинетической теории

Содержание

Слайд 2

Термодинамика излучения

Излучение находится в центре внимания физики.
Квантовая теория излучения представляет излучение как

Термодинамика излучения Излучение находится в центре внимания физики. Квантовая теория излучения представляет
поток фотонов – элементарных частиц.
Свойства фотонов
1 . Скорость фотонов равна скорости света.
2. Энергия фотона Е = hν.
h =6.626⋅10-34 Дж⋅с – постоянная Планка,
ν - частота излучения.

Слайд 3

Термодинамика излучения

Одним из видов излучения является излучение нагретых тел.
«Нагретое тело» имеет любую

Термодинамика излучения Одним из видов излучения является излучение нагретых тел. «Нагретое тело»
температуру, кроме 0 К.
Электромагнитное излучение, находящееся в равновесии с окружающими телами, называется тепловым, или равновесным.

Слайд 4

Термодинамика излучения

Так как это излучение не выходит наружу, оно называется излучением абсолютно

Термодинамика излучения Так как это излучение не выходит наружу, оно называется излучением
черного тела.
Равновесное излучение в полости можно рассматривать как термодинамическую систему, обладающую
температурой (температура стенок), объемом (объем полости)
давлением
Излучение можно рассматривать как фотонный газ.

Слайд 5

Термодинамика излучения

 

Термодинамика излучения

Слайд 6

Термодинамика излучения

 

Термодинамика излучения

Слайд 7

Термодинамика излучения

 

Термодинамика излучения

Слайд 8

Термодинамика излучения

Прозрачность атмосферы

Термодинамика излучения Прозрачность атмосферы

Слайд 9

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 10

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 11

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 12

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 13

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 14

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 15

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 16

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 17

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 18

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 19

Взаимодействие излучения с веществом

 

Взаимодействие излучения с веществом

Слайд 20

Закон Стефана-Больцмана

Фотон поглощается стенкой.
Он передает стенке импульс, равный E/c, где E

Закон Стефана-Больцмана Фотон поглощается стенкой. Он передает стенке импульс, равный E/c, где
– энергия фотона.
По принципу детального равновесия стенка должна испустить такой же фотон в том же направлении.
При этом она получит импульс отдачи также равный E/c.
Суммарный импульс, получаемый стенкой в результате взаимодействия с фотонным газом равен 2 E/c.

Слайд 21

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 22

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 23

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 24

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 25

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 26

Закон Стефана-Больцмана

 

Закон Стефана-Больцмана

Слайд 27

Начала молекулярно-кинетической теории

Экспериментальный материал термодинамику обобщает и систематизирует молекулярно-кинетическая теория.
Теория поддерживает

Начала молекулярно-кинетической теории Экспериментальный материал термодинамику обобщает и систематизирует молекулярно-кинетическая теория. Теория
атомистическое мировоззрение,
Теория связывает воедино механику и термодинамику
Теория рассматривает обширный класс явлений, который невозможно ни объяснить, ни описать другими способами

Слайд 28

Начала молекулярно-кинетической теории

 

Начала молекулярно-кинетической теории

Слайд 29

Начала молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетическая теория опирается на законы механики – в первую очередь

Начала молекулярно-кинетической теории Молекулярно-кинетическая теория опирается на законы механики – в первую
на законы сохранения энергии и импульса.
В основе ее математического аппарата лежит теория вероятностей.

Слайд 30

Элементы теории вероятностей

Событиями будем называть явления, которые в результате некоторого опыта могут

Элементы теории вероятностей Событиями будем называть явления, которые в результате некоторого опыта
произойти или не произойти.
Если в данном опыте событие обязательно происходит, его называют достоверным, если оно не может произойти, его называют невозможным.

Слайд 31

Элементы теории вероятностей

Вероятностью события это отношение опытов, в котором это событие произошло

Элементы теории вероятностей Вероятностью события это отношение опытов, в котором это событие
к общему количеству опытов.
Подбросим вращающуюся монетку.
Равновозможных случая два или выпадение «орла» или «решки», и событие выпадения «орла» одно из равновозможных. Соответственно вероятность выпадения «орла» равна 1/2.
Таким образом вероятность выпадения «орла» дважды подряд, равна ¼, а вероятность выпадения хотя бы одного «орла» при двух бросаниях будет равна 3/4.

Слайд 32

Элементы теории вероятностей

Пусть в коробке находится 35 красных, 40 зелёных и 25

Элементы теории вероятностей Пусть в коробке находится 35 красных, 40 зелёных и
белых шаров, всего их 100
Вероятность вынуть красный шар равна 35/100,
белый шар 1/4,
зелёный 4/10.
Лишь при достаточно большом числе испытаний получаемые результаты будут стремиться к указанным выше.

Слайд 33

Элементы теории вероятностей

 

Элементы теории вероятностей

Слайд 34

Элементы теории вероятностей

Случайной величиной называется величина, которая в результате опыта может принять

Элементы теории вероятностей Случайной величиной называется величина, которая в результате опыта может
то или иное значение, причем неизвестно, какое именно.
Случайные величины бывают дискретными. Примером может служить число попаданий в мишень неподготовленным стрелком при десяти выстрелах.
Примером непрерывной случайной величины может служить расстояние от центра мишени при выстрелах.

Слайд 35

Элементы теории вероятностей

Тот факт, что в результате опыта случайная величина приняла некоторое

Элементы теории вероятностей Тот факт, что в результате опыта случайная величина приняла
значение есть событие, которое может характеризоваться вероятностью P.
Это – вероятность возможных значений дискретной случайной величины (для краткости говоря «вероятность величины X).
Сумма вероятностей всех значений дискретной случайной величины равна 1.

Слайд 36

Элементы теории вероятностей

Законом распределения (или просто – распределением) случайной величины называется соотношение,

Элементы теории вероятностей Законом распределения (или просто – распределением) случайной величины называется
устанавливающее связь между значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями.
Законом распределения дискретной случай величины называется таблица, в которой перечислены значения случайной величины и соответствующие им вероятности.

Слайд 37

Элементы теории вероятностей

Тот факт, что в результате проведения опытов непрерывная случайная величина

Элементы теории вероятностей Тот факт, что в результате проведения опытов непрерывная случайная
приняла значения, лежащие в интервале [x, x+dx] есть событие, характеризуемое элементом вероятности dW. Это – вероятность того, что возможные значения случайной величины окажутся в этом интервале.

Слайд 38

Элементы теории вероятностей

 

Элементы теории вероятностей

Слайд 39

Средние значения случайной величины

Вычисление средних по большому числу молекул значений различных величин:

Средние значения случайной величины Вычисление средних по большому числу молекул значений различных
скорости, энергии и т.д. является одной из задач молекулярно-кинетической теории.
Эта задача решается методами теории вероятностей.
Средние значения мы будем обозначать скобками - .

Слайд 40

Средние значения случайной величины

 

Средние значения случайной величины

Слайд 41

Средние значения случайной величины

 

Средние значения случайной величины

Слайд 42

Средние значения случайной величины

 

Средние значения случайной величины

Слайд 43

Средние значения случайной величины

 

Средние значения случайной величины

Слайд 44

Идеальный газ с молекулярно-кинетической точки зрения

С точки зрения молекулярной теории идеальный газ

Идеальный газ с молекулярно-кинетической точки зрения С точки зрения молекулярной теории идеальный
– это теоретическая модель газа, в которой пренебрегается взаимодействием между молекулами (за исключением взаимодействий в краткие моменты столкновений).
В воздухе, например, среднее расстояние между молекулами примерно в 103 больше их размера, поэтому очевидно, что при рассмотрении многих явлений взаимодействием молекул можно пренебречь.

Слайд 45

Идеальный газ с молекулярно-кинетической точки зрения

Молекулы идеального газа находятся в основном в

Идеальный газ с молекулярно-кинетической точки зрения Молекулы идеального газа находятся в основном
состоянии равномерного и прямолинейного движения.
Все направления движения в отсутствие внешнего поля равновероятны.
Движение имеет хаотический характер, так как после каждого столкновения скорости и направления движения существенным образом меняются.

Слайд 46

Направления движения молекул

Выберем некоторое направление, характеризуемое углами θ и ϕ сферической системы

Направления движения молекул Выберем некоторое направление, характеризуемое углами θ и ϕ сферической
координат
Нас интересует доля молекул, движущихся именно в этом направлении
Можно говорить только о вероятности иметь направление в малых интервалах углов от θ до θ + dθ и от υ до υ + dυ. Эти углы задают в пространстве 4 направления

Слайд 47

Направления движения молекул

На единичной сфере задаваемые этими направлениями линии задают вершины криволинейного

Направления движения молекул На единичной сфере задаваемые этими направлениями линии задают вершины
четырехугольника малой площади
dS = sinθ dθ dϕ = dΩ,
где dΩ – элемент так называемого телесного угла.

Слайд 48

Направления движения молекул

 

Направления движения молекул

Слайд 49

Направления движения молекул

 

Направления движения молекул

Слайд 50

Вероятность значения скорости

 

Вероятность значения скорости

Слайд 51

Среднее значение скорости

 

Среднее значение скорости

Слайд 52

Среднее значение скорости

 

Среднее значение скорости

Слайд 53

Давление идеального газа

Давление в сосуде с газом создается ударами молекул о его

Давление идеального газа Давление в сосуде с газом создается ударами молекул о
стенку.
Будем считать удары абсолютно упругими.
Сначала рассмотрим удар одной молекулы.
Ось, перпендикулярную стенке, обозначим за х.

Слайд 54

Давление идеального газа

При соударении стенка со стороны молекулы испытывает зависящую от времени

Давление идеального газа При соударении стенка со стороны молекулы испытывает зависящую от
силу в направлении оси х,
Fх(t),
которая изменяется от нуля до некоторой максимальной величины в момент наиболее сильного контакта со стенкой и спадает опять до нуля после столкновения

Слайд 55

Давление идеального газа

 

Давление идеального газа

Слайд 56

Давление идеального газа

 

Давление идеального газа

Слайд 57

Давление идеального газа

 

Давление идеального газа

Слайд 58

Давление идеального газа

 

Давление идеального газа

Слайд 59

Давление идеального газа

 

Давление идеального газа

Слайд 60

Температура

Вопрос о связи температуры средней энергии молекул газа мы обсуждали в лекции

Температура Вопрос о связи температуры средней энергии молекул газа мы обсуждали в
12.
«Если два тела с разной температурой привести в контакт, то рано или поздно их температуры станут равными.
Ровно то же самое произойдет со средней двух систем хаотически движущихся частиц, если так или иначе позволить им обмениваться энергией: средние энергии будут выравниваться.
Это наблюдение позволило высказать гипотезу о том, что температура пропорциональна средней кинетической энергии молекул.»

Слайд 61

Температура

 

Температура

Слайд 62

Уравнение идеального газа

 

Уравнение идеального газа
Имя файла: Термодинамика-излучения.-Начала-молекулярнокинетической-теории.pptx
Количество просмотров: 24
Количество скачиваний: 0