Слайд 1ФИЗИКА
ЛЕЖНЕВА НИНА ВЯЧЕСЛАВОВНА
К.Т.Н., Д.П.Н., профессор
Legneva_nv@mail.ru
Слайд 2Основы
молекулярно-кинетической теории
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) – это учение, которое объясняет тепловые
явления в макроскопических телах и внутренние свойства этих тел движением и взаимодействием атомов, молекул и ионов, из которых состоят тела
Слайд 3В основе МКТ строения вещества лежат три положения:
Вещество состоит из
частиц – молекул, атомов и ионов.
В состав этих частиц входят более мелкие элементарные частицы
Первое положение
Слайд 4Первое положение МКТ
Молекула – наименьшая устойчивая частица данного вещества.
Молекула обладает
основными химическими свойствами вещества.
Молекула является пределом деления вещества, то есть самой маленькой частью вещества, которая способна сохранять свойства этого вещества
Атом – это наименьшая частица данного химического элемента.
Слайд 5Второе положение МКТ
Частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном хаотическом
(беспорядочном) движении
Слайд 6Третье положение МКТ
Частицы вещества взаимодействуют друг с другом – притягиваются и
отталкиваются
Слайд 7Основные понятия МКТ
Моль - количество вещества, содержащее одно и то же
число частиц, названное постоянной Авогадро
Молярная масса (М) – масса вещества, взятого в количестве 1 моль (Кг/моль)
Масса одной молекулы выражается формулой
Слайд 8Основные понятия МКТ
Количеством вещества ν называется отношение числа молекул N к
числу Авогадро NA :
Если m — масса вещества, то
МОЛЬ
Слайд 9Явления переноса
В термодинамических системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса,
в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса
диффузия,
теплопроводность
внутреннее трение (вязкость)
Слайд 10Явления переноса
1.Теплопроводность – это процесс переноса тепловой энергии, обусловленный хаотическим движением
молекул
Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье:
(48.1)
jE - плотность теплового потока
λ –теплопроводность
- градиент температуры
Слайд 11λ –теплопроводность (лямбда) (коэффициент теплопроводности )
(48.1)
отражает свойство вещества проводить
тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло (Вт/(м²*К)
Слайд 12Тепловое сопротивление и изоляция
тепловое сопротивление, способность тела
(его поверхности или какого-либо
слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул.
Тепловое сопротивление –величина обратная коэффициенту теплопередачи
м²К/вт
Слайд 13Явления переноса
2.Диффузия – это обусловленное тепловым движением молекул проникновение одних веществ
в объём, занятый другими веществами
Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фука:
(
jm — плотность потока массы
D —коэффициент диффузии
dρ/dx — градиент плотности
Слайд 14Коэффициент диффузии
(
jm — плотность потока массы
D —коэффициент диффузии
dρ/dx —
градиент плотности
Коэффициент диффузии позволяет провести оценку количества вещества, прошедшего через единицу площади (квадратный метр) за единицу времени (секунду).
Единица измерения м²/с
Коэффициент диффузии определяется свойствами среды и типом диффундирующих частиц
Слайд 15Диффузия и осмос
В том случае, если диффундирующие вещества встречают на
своем пути мембрану, движение замедляется, а в некоторых случаях прекращается. Диффузия воды по направлению от своего большего к меньшему химическому потенциалу через мембрану носит название осмоса
Слайд 16Диффузия и осмос
Иначе говоря, осмос - это диффузия воды или
другого растворителя через полупроницаемую перепонку, вызванная разностью концентраций или разностью химических потенциалов
Слайд 19Явления переноса
3.Внутреннее трение (вязкость) возникает вследствие переноса импульса молекул между слоями
сила
внутреннего трения между двумя слоями газа (жидкости) подчиняется закону Ньютона:
(
η - динамическая вязкость
dv/dx - градиент скорости,
S - площадь, на которую действует сила F
Слайд 20Вязкость жидкости
В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и движения молекул место
внутреннее трение
Слайд 21Вязкость жидкости
Оно проявляется как сила сопротивления при помешивании жидкости, вызывает замедление
движущихся в ней тел
Слайд 22Вязкость жидкости
Сила внутреннего трения Fв возникающая в плоскости соприкосновения двух, скользящих
относительно друг друга, слоев жидкости, пропорциональна площади соприкосновения слоев и градиенту скорости
Слайд 23Коэффициент вязкости η есть величина, численно равная силе трения, возникающей между
двумя слоями текущей жидкости, соприкасающимися на площади, равной единице, при градиенте скорости между ними тоже равном единице.
Единица измерения коэффициента вязкости:
Слайд 24Вязкость жидкостей измеряют путем наблюдения за их течением в тонких трубках.
В основе измерений лежит закон Пуазейля:
Слайд 26Измерение коэффициента вязкости исследуемой жидкости вискозиметром Оствальда осуществляется путем сравнения с
известным коэффициентом вязкости другой жидкости, взятой в качестве эталонной.
Слайд 27Идеальным газом называется газ, в котором молекулы движутся свободно и взаимодействуют
между собой и со стенками сосуда только при столкновениях.
Модель идеального газа удовлетворительно описывает достаточно разреженные газы
Слайд 28Основное параметры газа
уравнение Менделеева-Клапейрона
Р - давление
V – объем
T-температура
Универсальная газовая постоянная
Слайд 29ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Изобарный процесс
Закон Гей- Люссака:
для газа постоянной массы
отношение объема к
температуре
постоянно, если давление газа не меняется
Слайд 30ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Изохорный процесс
Закон Шарля: для газа постоянной массы отношение давления
к температуре постоянно, если объем не изменяется.
Слайд 31ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Изотермический процесс Закон Бойля-Мариотта: для газа постоянной массы произведение давления
на объем остается постоянным, если температура газа не изменяется.
Т=const
pV=const
Слайд 32Молекулярные явления в жидкостях
Молекулярное строение жидкостей
Слайд 33
Молекулярное строение жидкостей
Молекулы жидкости расположены близко друг к другу
притяжение между
ними не так велико и они могут скачками менять свое положение, поэтому жидкость сохраняет свой объем и принимает форму сосуда.
Жидкости текучи; их трудно сжать.
Слайд 39Молекулярные явления в твердых телах: межмолекулярное взаимодействие
Слайд 42Механические свойства твердых тел
Слайд 44Термодинамика рассматривает общие закономерности превращения энергии в форме тепла и работы
между телами
Слайд 49Вечный двигатель первого рода
-устройство, способное бесконечно совершать работу-устройство, способное бесконечно совершать
работу без затрат топлива или других энергетических-устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал
Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
Слайд 52Энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни
энергией ни веществом, постоянно возрастает
Слайд 55Применение второго закона к биологическим системам в его классической формулировке приводит,
как кажется на первый взгляд, к парадоксальному выводу, что процессы жизнедеятельности идут с нарушением принципов термодинамики
Однако увеличение энтропии в необратимых самопроизвольных процессах происходит в изолированных системах, а биологические системы являются открытыми
Слайд 56Илья Романович Пригожин
(25 января(25 января 1917(25 января 1917, Москва(25 января 1917,
Москва — 28 мая(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003, Брюссель(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003, Брюссель, Бельгия(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003, Брюссель, Бельгия) — бельгийский физик и физикохимик(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003, Брюссель, Бельгия) — бельгийский физик и физикохимик российского происхождения. Лауреат Нобелевской премии по химии(25 января 1917, Москва — 28 мая 2003, Брюссель, Бельгия) — бельгийский физик и физикохимик российского происхождения. Лауреат Нобелевской премии по химии 1977 года,
Слайд 58Что такое синергетика
Древнее понятие «синергия» означает объединение человеческой и божественной энергии.
Сегодня «синергетика» трактуется как наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации - возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы.
Слайд 59Сущность второго закона термодинамики
Замкнутая (или изолированная) система (где отсутствуют обменные процессы
со средой) развивается в сторону возрастания энтропии (хаоса). Наиболее вероятностное состояние системы при этом – термодинамическое равновесие со средой, что для организмов равнозначно смерти.
Слайд 60законы физики, справедливы только для замкнутых систем!!!
Систем вероятностного типа способны обмениваться
со средой энергией, веществом и информацией и находиться «состоянии устойчивого равновесия». Система как бы «притягивается» к описанным состояниям и старается «удержаться» в них как можно дольше
Данный стабильный период развития системы продолжается до тех пор, пока внутренние и внешние причины дестабилизации не будут угрожать ей разрушением
Слайд 61Нестабильный период системы
Нестабильность (кризис) возникает тогда, когда система утрачивает свою продуктивность
и возникает необходимость изменения действующих механизмов на более совершенные.
При этом система перестает обеспечивать самонастройку, и как бы сама усиливает «раскачку», переходя в режим благоприятный для работы радикальных природных механизмов, способных обеспечить приспособительную перестройку
Слайд 62Нестабильный период
В этом случае система находится в состоянии кризиса – нестабильности.
Её поведение рождает множество возможных альтернатив, из которых она сама выбирает одну
Идея нестабильности системы кладет конец претензиям на абсолютный контроль над какой либо сферой реальности, любым возможным мечтаниям об абсолютном контролируемом обществе
Реальность вообще не контролируема в смысле, который был провозглашен прежней наукой!!!
Слайд 63Основные положения синергетики
синергетическая система может находиться в разные моменты времени в
состоянии адаптационного (стабильного) или бифуркационного (нестабильного) развития, что предопределяет пути управления системой
Слайд 64Основные положения синергетики
однако, ими можно эффективно управлять при помощи слабых резонансных
воздействий, которые влияют на выбор того или иного пути развития в моменты, когда развивающаяся структура оказывается в состоянии бифуркации
сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути развития,
Слайд 65Основные положения синергетики
Неустойчивость - путь к выживанию, самообновлению, развитию и согласованию
всех ее составных частей
жесткая устойчивая система уязвима перед внешними воздействиями
Хаос является конструктивным механизмом самоорганизации сложных систем
Слайд 66Постулат И.Р. Пригожина состоит в том, что общее изменение энтропии dS
открытой системы может происходить независимо либо за счет процессов обмена с внешней средой (deS ), либо вследствие внутренних необратимых процессов (diS ):
dS = deS + diS.
Для изолированных систем deS = 0, и мы приходим к классической формулировке второго закона:
dS = diS = 0.