Autori: Violeta Georgescu, Mardarie Sorohan - Facultatea de Fizica, Universitatea "Al. I. Cuza" Iasi
Titlu: Fizică moleculară
Tip: curs universitar
Editura Universitatii "Al.I.Cuza" Iasi, 1996

CUPRINS

CAPITOLUL 1. TEMPERATURA. TERMOMETRIE       1

1.1. Noţiuni fundamentale              1
1.1.1.    Sistem             1
1.1.2.    Stare. Parametri de stare             1
1.1.3.    Contact. Izolare                2
1.1.4.    Echilibru                  3
1.1.5.    Procese sau transformare             4
1.1.6.    Procese reversibile şi procese ireversibile        4
1.2. Temperatura          5
1.2.1. Echilibru termic. Principiul zero al termodinamicii  5
1.2.2. Relaţii între temperatură şi ceilalţi parametri de stare  6
1.2.3. Legile gazului ideal - legi limită       7
1.2.4. Ecuaţia de stare a gazului ideal      10
1.3. Termometrie. Scări termometrice       12
1.3.1. Tipuri de termometre        13
1.3.2. Scări termometrice. Puncte fixe      15

CAPITOLUL 2. CĂLDURA. CALORIMETRIE     21
2.1. Coeficienţi calorici          21
2.1.1.    Căldura specifică         21
2.1.2.    Unităţi de măsură         23
2.2. Schimbul de căldură        24
2.2.1. Schimbul prin conducţie             25
2.2.2. Convecţia                  26
2.2.3. Schimbul de căldură prin radiaţie          27
2.3. Calorimetrie                   30
2.3.1. Principiile calorimetriei             30
2.3.2. Determinarea căldurii specifice la gaze       33

CAPITOLUL 3. PRIMUL PRINCIPIU AL TERMODINAMICII      36
3.1. Schimbul de energie între un sistem şi mediul exterior     36
3.1.1.    Lucrul mecanic efectuat la variaţia volumului      37
3.1.2.    Alte moduri de transmitere a energiei sub formă de lucru mecanic         38
3.1.3.    Schimbul de căldură        40
3.2.    Energia internă          40
3.2.1.    Energia internă - funcţie de stare    41
3.2.2.    Diferenţiale totale exacte        43
3.3.    Diferite formulări (enunţuri) ale primului principiu al termodinamicii          44
3.3.1. Expresia matematică a primului principiu       44
3.4. Aplicarea primului principiu al termodinamicii la gazul ideal    46
3.4.1.    Transformări izocore şi transformări izobare. Entalpia      46
3.4.2.    Energia internă a gazului ideal. Efectul Joule-Thomson      47
3.4.3.    Lucrul mecanic în transformările reversibile ale gazului ideal                 49
3.4.4.  Determinarea raportului Cp/Cv         52
3.4.5. Procese politrope               54
3.4.6. Maşini termice. Principii de funcţionare        55

CAPITOLUL 4. AL DOILEA PRINCIPIU AL TERMODINAMICII  60
4.1. Diferite formulări ale principiului al doilea al termodinamicii  60
4.1.1.    Enunţul lui Carnot               61
4.1.2.    Formulările lui Kelvin şi Clausius. Echivalenţa lor   61
4.1.3.    Teorema lui Carnot              62
4.1.4.    Temperatura termodinamică          65
4.2. Entropia                    66
4.2.1.    Căldura redusă - funcţie de stare. Entropia       67
4.2.2.    Procese ireversibile. Inegalitatea lui Clausius      68
4.2.3.    Legea creşterii entropiei. Expresia generală a principiului al doilea al termodinamicii            69
4.2.4.    Metode de calcul a variaţiei entropiei         71

CAPITOLUL 5. POTENŢIALE TERMODINAMICE      74
5.1.    Metoda potenţialelor termodinamice (a funcţiilor caracteristice)    74
5.1.1.    Energia internă, U (S,V)       75
5.1.2.    Entalpia, H (S,P)               76
5.1.3.    Energia liberă, F(T,V)        77
5.1.4.    Entalpia liberă, G(P,T)               79
5.2.    Unele aplicaţii ale metodei funcţiilor caracteristice      81
5.2.1.    Ecuaţiile Gibbs-Helmholtz        81
5.2.2.    Expresia generală a energiei interne, U(T,V)      81
5.2.3.    Expresia generală a entalpiei, H(T,P)         82
5.2.4.    Entropia, S(T,V); S (T,P)             83
5.2.5.    Relaţii între coeficienţii termodinamici        83
5.2.6.    Raportul coeficienţilor de compresibilitate izotermă şi adiabatică                 87
5.3.    Noţiuni de termodinamica sistemelor cu număr variabil de particule    87
5.3.1.    Dependenţa funcţiilor caracteristice de masa sistemului     88
5.3.2.    Echilibrul fazelor unei substanţe pure         89
5.4.    Principiul al treilea al termodinamicii        92
5.4.1.    Teorema lui Nernst sau principiul al treilea     92
5.4.2.    Consecinţe             93

CAPITOLUL 6. TEORIA CINETICO-MOLECULARA A GAZELOR    95
6.1.    Structura substanţei         95
6.1.1.    Particule constituente. Stări de agregare     96
6.1.2.    Mărimi şi unităţi atomice şi moleculare     98
6.2.    Formula fundamentală a teoriei cinetico-moleculare     100
6.2.1.    Ipoteze. Modele        100
6.2.2.    Presiunea gazului ideal       101
6.2.3.    Ecuaţia de stare a gazului ideal        102
6.2.4.    Viteza termică. Experimentul lui Stern      103
6.2.5.    Semnificaţia cinetică a echilibrului termic şi a legilor gazului ideal         105
6.3.    Gazul ideal sub acţiunea unui câmp de forţe      109
6.3.1.    Distribuţia barometrică. Factorul lui Boltzmann   109
6.3.2.    Confirmarea experimentală a distribuţiei Boltzmann. Experimentele lui J. Perrin      113
6.4.    Distribuţia moleculelor după viteze       115
6.4.1.    Probabilităţi. Valori medii. Funcţii de distribuţie   116
6.4.2.    Distribuţia moleculelor după o componentă a vitezei   118
6.4.3.    Distribuţia Maxwell. Viteze medii      121
6.4.4.    Confirmarea experimentală a legii de distribuţie a moleculelor după viteze       125
6.5.    Teoria cinetică a căldurilor specifice      127
6.5.1.    Echipartiţia energiei pe grade de libertate    127
6.5.2.    Căldura specifică (molară) a gazelor     129

CAPITOLUL 7. ELEMENTE DE FIZICĂ STATISTICĂ     132
1.1.    Noţiuni de calculul probabilităţilor        133
7.2.    Distribuţia Maxwell-Boltzmann         136
7.2.1.    Numărul de microstări compatibil cu o macrostare dată      136
7.2.2.    Relaţia lui Boltzmann între entropie şi ponderea termodinamică          140
7.2.3.    Distribuţia cea mai probabilă. Suma de stare      142
7.2.4.    Aplicaţii. Gazul ideal monoatomic       145

CAPITOLUL 8. FENOMENE DE TRANSPORT ÎN GAZE  151
8.1. Ciocniri intermoleculare        152
8.1.1.    Drum liber mediu. Secţiunea efectivă de ciocnire   153
8.1.2.    Distribuţia drumului liber         156
8.1.3. Metodă de măsurare a drumului liber mediu      158
8.2.    Difuzia în gaze. Legea lui Fick       159
8.2.1.    Legea iui Fick        159
8.2.2.    Difuzia în regim staţionar. Calculul coeficientului de difuzie   160
8.2.3.    Difuzia nestaţionară. Ecuaţia difuziei. Timp de relaxare     163
8.2.4.    Difuzia reciprocă (în amestecuri de gaze)      168
8.2.5.    Măsurarea coeficientului de difuzie       170
8.2.6.    Termodifuzia         172
8.3.    Conductibilitatea termică. Legea lui Fourier      173
8.3.1.    Legea lui Fourier        173
8.3.2.    Calculul coeficientului de conductibilitate termică în gaze       174
8.3.3.    Conductibilitatea termică nestaţionară    175
8.3.4.    Măsurarea coeficientului de conductibilitate termică a gazelor        176
8.4.    Viscozitatea gazelor. Legea lui Newton       177
8.4.1.    Legea lui Newton         177
8.4.2.    Calculul coeficientului de viscozitate     179
8.4.3.    Măsurarea coeficientului de viscozitate a gazelor     179
8.5.    Concordanţa rezultatelor teoretice cu datele experimentale      181
8.6.    Fenomene de transport în gaze rarefiate     ..184
8.6.1.    Efuzia (difuzia prin orificii mici a gazelor rarefiate)     185
8.6.2.    Conductibilitatea termică        186
8.6.3.    Fenomenul de viscozitate în gaze rarefiate     187
8.6.4.    Alte fenomene specifice gazelor rarefiate      188
8.7.    Obţinerea şi măsurarea presiunilor joase       189
8.7.1.    Obţinerea presiunilor joase       190
8.7.2.    Măsurarea presiunilor joase       191

CAPITOLUL 3. GAZE REALE        194
9.1.    Interacţiuni moleculare        194
9.1.1.    Compresibilitatea izotermă a gazelor reale      194
9.1.2.    Natura forţelor de interacţiune moleculară      196
9.1.3.    Potenţiale empirice de interacţiune moleculară     199
9.2.    Ecuaţii de stare ale gazelor reale       201
9.2.1.    Ecuaţia Van der Waals        202
9.2.2.    Izotermele Van der Waals. Parametri critici     207
9.2.3.    Ecuaţia Van der Waals în coordonate reduse. Teorema stărilor corespondente      212
9.2.4.    Ecuaţia Van der Waals şi concordanţa cu datele experimentale      212
9.3.    Energia internă a gazelor reale       217
9.3.1.  Energia internă a gazului Van der Waals. Calculul diferenţei Cp-Cv       217
9.3.2.    Efectul Joule-Thomson       219
9.3.3.    Obţinerea temperaturilor joase. Lichefierea gazelor    222

CAPITOLUL 10. STAREA SOLIDĂ       228
10.1.    Noţiuni generale         228
10.2.    Solid ideal. Reţea cristalină        230
10.3.    Sisteme cristalografice          233
10.4.    Direcţii şi plane cristaline în reţele Bravais       240
10.5.    Legătura cristalină. Tipuri de legături        243
10.6.    Impachetarea particulelor în cristal       244
10.7.    Solide reale. Defecte cristaline      250
10.8.    Studiul experimental al structurii cristaline      256
10.9.    Energia de coeziune a solidelor       260
10.9.1.    Semnificaţia fizică a energiei de coeziune (de reţea)    260
10.9.2.    Energia de coeziune şi căldura de sublimare      261
10.9.3.    Energia de coeziune şi modului de compresibilitate      262
10.9.4.    Calculul energiei de reţea a cristalelor moleculare    264
10.9.5.    Energia de reţea a cristalelor ionice     267
10.9.6.    Energia de reţea a cristalelor covalente     272
10.9.7.    Energia de reţea a cristalelor metalice     275
10.9.8.    Legătura de hidrogen        276
10.9.9.    Clasificarea solidelor         278
10.10.    Proprietăţi termice ale solidelor      278
10.10.1.    Aspecte fenomenologice        278
10.10.2.    Oscilaţiile termice ale atomilor în reţea      280
10.10.3.    Oscilaţii armonice. Călduri specifice        283
10.10.4.    Oscilaţii anarmonice. Dilatarea solidelor    293
10.11.    Proprietăţi mecanice ale solidelor       301
10.11.1.    Generalităţi         301
10.11.2.    Elasticitatea solidelor. Legea lui Hooke     302
10.11.3.    Curbe tensiune-deformaţie      306
10.11.4.    Interpretarea cinetico-moleculară a deformaţiilor mecanice ale solidelor       308
10.12.    Solide necristaline          311
10.12.1.    Proprietăţi generale şi structura substanţelor amorfe     311
10.12.2.    Polimeri. Substanţe biologice     313

CAPITOLUL 11. STAREA LICHIDĂ       315
11.1. Noţiuni generale         315
11.1.1. Proprietăţi caracteristice ale lichidelor       315
11.1.2.    Clasificarea lichidelor        316
11.1.3.    Modele de lichide. Mişcarea termică a moleculelor în lichide în modelul Frenkel      316
11.2.    Lichidele ca gaze comprimate       318
11.2.1.    Principiul continuităţii stărilor de lichid şi gaz. Ecuaţii de stare        318
11.2.2.    Proprietăţi volumetrice ale lichidelor       321
11.2.3.    Caracteristicile volumetrice anomale ale apei     323
11.2.4.    Capacitatea calorică a lichidelor       326
11.3.    Presiunea internă în lichide       327
11.4. Fenomene de suprafaţă. Tensiunea superficială şi interfacială      330
11.4.1.    Energia de coeziune şi energia de suprafaţă la lichide    330
11.4.2.    Noţiuni de termodinamica stratului superficial     333
11.4.3.    Presiunea internă sub o suprafaţă de lichid curbă. Formula Laplace        335
11.4.4.    Fenomene capilare. Ascensiunea şi depresiunea capilară       338
11.4.5.    Fenomene de contact la suprafaţa de separaţie a trei medii   340
11.5. Vaporizarea lichidelor        342
11.5.1.    Aspecte fenomenologice privind vaporizarea      342
11.5.2.    Explicaţia cinetică a fenomenului de vaporizare    343
11.5.3.    Dependenţa de temperatură a presiunii vaporilor saturanţi       345
11.5.4.    Dependenţa presiunii vaporilor saturanţi de curbura suprafeţei lichidului      346
11.6.    Lichidele ca solide dezordonate       348
11.6.1.    Structura lichidelor. Modelul celular      348
11.6.2.    Fenomene de transport în lichide       351
11.7.    Cristale lichide (Starea mezomorfă)      356
11.8.    Soluţii           360
11.8.1.    Clasificarea soluţiilor         360
11.8.2.    Soluţii ideale        361
11.8.3.    Soluţii reale         364
11.8.4.    Ebulioscopie. Crioscopie        365
11.8.5.    Osmoza. Presiunea osmotică       367
11.9.    Transformări de fază       369

ANEXA 1           370
ANEXA 2           372
BIBLIOGRAFIE         373

Download link: Violeta Georgescu, Mardarie Sorohan - Fizica moleculara

Categoria: Fizica

Cuvinte cheie:

Adaugat in: Apr 15, 2011

Vizualizari: 3044