Рассмотрение законов энергии и газов
Я размышляю о том, как энергию необходимо получать от силы или траектории и что это следует минимизировать. Интересно, что закон сохранения механической энергии утверждает, что он применим только без трения — если есть трение, полная энергия сохраняется, но механическая энергия — нет. Возможно, я также включу эти идеи в таблицу. Что касается газовых законов, мне нужно использовать кельвины (T) для фиксированного количества газа в замкнутой системе.
1. Основы МКТ
\[ \nu=\frac{m}{M}=\frac{N}{N_A},\qquad N=\nu N_A,\qquad n=\frac NV \]
- \(\nu\) — количество вещества; найти, если даны \(m\) и \(M\) или \(N\).
- \(n\) — концентрация молекул; найти, если даны \(N\) и \(V\).
- \(m_0=\frac{M}{N_A}\) — масса одной молекулы.
Уравнение идеального газа
\[ pV=\nu RT=\frac{m}{M}RT \]
Используй, если нужно найти \(p\), \(V\), \(T\), \(\nu\), \(m\) или \(M\).
\[ T=\frac{pV}{\nu R},\quad p=\frac{\nu RT}{V},\quad V=\frac{\nu RT}{p} \]
Давление газа
\[ p=nk_BT \]
Используй, если известны концентрация молекул и температура.
\[ p=\frac13m_0n\langle v^2\rangle \]
Используй, если даны масса молекулы, концентрация и средняя скорость.
Средняя кинетическая энергия
\[ \overline{E_k}=\frac32 k_BT \]
Используй, чтобы найти энергию одной молекулы или температуру.
Среднеквадратичная скорость
\[ v_{\text{кв}}=\sqrt{\frac{3k_BT}{m_0}} =\sqrt{\frac{3RT}{M}} \]
Используй, если нужно найти скорость молекул.
2. Законы сохранения в механике
Импульс тела
\[ \vec p=m\vec v \]
Используй, если нужно найти импульс, массу или скорость.
Импульс силы
\[ \vec F\Delta t=\Delta\vec p \]
Используй при действии силы в течение времени.
Закон сохранения импульса
\[ \sum \vec p_{\text{до}}=\sum \vec p_{\text{после}} \]
Используй при столкновениях, выстрелах, отдаче и взрывах, если внешними силами можно пренебречь.
Для двух тел:
\[ m_1v_1+m_2v_2=m_1u_1+m_2u_2 \]
Кинетическая энергия
\[ E_k=\frac{mv^2}{2} \]
Потенциальная энергия
\[ E_{p}=mgh,\qquad E_{\text{упр}}=\frac{kx^2}{2} \]
Используй при движении на высоте или растяжении пружины.
Закон сохранения механической энергии
\[ E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2} \]
Используй, если нет трения и сопротивления.
3. Газовые законы
Температуру переводить в кельвины:
\[ T=t+273 \]
Объединённый газовый закон
\[ \frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2} \]
Используй при переходе газа из одного состояния в другое, если количество газа постоянно.
Изотермический процесс \((T=\text{const})\)
\[ pV=\text{const},\qquad p_1V_1=p_2V_2 \]
Температура постоянна; найти можно давление или объём.
Изобарный процесс \((p=\text{const})\)
\[ \frac VT=\text{const},\qquad \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2} \]
Давление постоянно; найти объём или температуру.
Изохорный процесс \((V=\text{const})\)
\[ \frac pT=\text{const},\qquad \frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2} \]
Объём постоянен; найти давление или температуру.
Основные константы:
\[ R=8{,}31\ \frac{\text{Дж}}{\text{моль}\cdot\text{К}},\quad k_B=1{,}38\cdot10^{-23}\ \frac{\text{Дж}}{\text{К}},\quad N_A=6{,}02\cdot10^{23}\ \frac1{\text{моль}} \]