Путевая скорость при равномерном движении

ФИЗИКА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ И ЗАДАЧИ

ДЛЯ 8 КЛАССА

Для физико-математического лицея

Издание 4-е, с изменениями и дополнениями

Москва 2018

УДК 53(075)

ББК 22.3я7

Ф50

Физика. Конспект лекций и задачи для 8 класса. М.М. Астахов, А.Б. Батеев, О.М. Сторожук, А.А. Дубасова, В.Ю. Янков. Изд. 4-е, с изм. и доп. М.: НИЯУ МИФИ, 2014. – 124 с.

Пособие состоит из трех частей. Первая часть содержит теоретический материал, включающий в себя основные положения, определения и законы механики, молекулярной физики, электростатики, постоянного тока, магнетизма и оптики в соответствии с программой по физике физико-математического лицея при МИФИ.

В приложениях, которые являются второй частью пособия, даны необходимые математические определения и формулы, а также приведена методика решения задач.

Третья часть содержит задачи по вышеприведенным разделам физики.

Пособие предназначено для учеников 8-х классов физико-математических лицеев.

Рекомендовано

редсоветом НИЯУ МИФИ

в качестве учебного пособия

ISBN 978-5-7262-1537-2

© Астахов М.М., Батеев А.Б., Дубасова А.А.,

Сторожук О.М., Янков В.Ю., 2005, 2011, 2016,2018

© Московский инженерно-физический институт

(государственный университет), 2005

© Национальный исследовательский

ядерный университет “МИФИ”, 2011, 2016, 2018

ТЕМА 1. МЕХАНИКА

Физика — наука, изучающая основные (фундаментальные) законы природы.

Механика — раздел физики, в котором изучается движение тел или их частей относительно друг друга.

Тело (макроскопическое) — совокупность большого числа взаимодействующих между собой атомов, молекул или ионов (§7).

Кинематика — раздел механики, в котором движение тел изучается без рассмотрения причин, его вызывающих.

Физический закон — причинная взаимосвязь между различными физическими величинами и их изменениями.

Физическая величина (ФВ) — характеристика тел, систем и процессов, которая может быть определена количественно.

Физические величины обозначаются (в большинстве случаев) буквами греческого и латинского алфавитов (см. приложение 1).

Измерение физической величины — количественное сравнение данной физической величины с однородной величиной, принятой за единицу.

Значение физической величины представляется в виде некоторого числа принятых для нее единиц (используются, как правило, единицы Международной системы единиц, см. приложение 2).

Скалярная физическая величина (СФВ) — физическая величина, значение которой определяется одним числом (см. приложение 4).

Векторная физическая величина (ВФВ) — физическая величина, значение которой определяется модулем (абсолютной величиной) и направлением в пространстве (см. приложение 5).

§1. Скорость

Движение тела (механическое) — изменение положения тела в пространстве относительно другого тела (других тел) с течением времени.

Для описания движения тела необходима система отсчёта.

Система отсчета — система, состоящая из тела отсчета, связанной с ним системы координат (см. приложение 3) и счетчика времени.

Материальная точка (м.т.) — тело, размерами которого можно пренебречь в данной задаче.

Траектория ¾ непрерывная линия, образованная совокупностью точек пространства, последовательно проходимых движущейся материальной точкой.

Траектории подразделяются на прямолинейные и криволинейные. Траектория и ее вид зависят от системы отсчёта.

Длина пути (путь) S, DS — СФВ, равная длине траектории от начального положения (при t = t_н) до конечного положения (при t = t_к) материальной точки.

Единица пути — метр: [S] = м.

Путь — неотрицательная () и неубывающая величина ().

Время t — СФВ, служащая для определения последовательности событий и длительности процессов.

Единица времени — секунда: [t] = с.

Промежуток  времени

                               ,                                 (1.1)

где t_н — начальный, а t_к — конечный моменты времени.

Промежуток времени — положительная величина ().

Средняя путевая скорость

                                ,                                 (1.2)

где DS — путь м.т. за промежуток времени Dt.

Если известны пути DS_i и соответствующие им промежутки времени Dt_i (i = 1,..., n), то средняя путевая скорость на всем пути DS может быть найдена по формуле:

           .            (1.3)

Равномерное движение — движение, при котором за любые равные промежутки времени пути м. т. одинаковы.

Ускорение

Неравномерное движение — движение, при котором за любые равные промежутки времени пути (перемещения) материальной точки неодинаковы.

В дальнейшем, неравномерное движение будет рассматриваться при прямолинейной траектории.

При неравномерном прямолинейном движении средние путевые скорости (средние скорости) за равные промежутки времени будут различными. При увеличении  n (числа разбиений всего пути), промежутки времени уменьшатся, при этом средние путевые и средние скорости будут другими. Зафиксируем какой-либо момент времени t_н, затем будем брать все меньшие промежутки времени для определения скоростей. При достаточно малых промежутках времени средние путевые скорости будут практически не отличаться друг от друга, то же самое будет наблюдаться и для средних скоростей. В пределе, при очень малых промежутках времени, средние путевые скорости будут близки к путевой скорости, средние скорости - к скорости.

Путевая скорость (мгновенная) v_s ¾ СФВ, равная пределу отношения пути DS к промежутку времени Dt, за который этот путь был пройден, при бесконечном уменьшении промежутка времени:

                                                                     (2.1)

(lim /от сокращенного limit/ ¾  предел).

Скорость (мгновенная) v ¾ ВФВ, равная пределу отношения перемещения D r к промежутку времени Dt, за который это перемещение произошло, при бесконечном уменьшении промежутка времени:

                                                                       (2.2)

При прямолинейном, как равномерном, так и неравномерном движении, скорость, сонаправленная с перемещением, лежит на прямой, совпадающей с траекторией материальной точки.

 Единица путевой скорости и скорости — метр в секунду: [v] = м/с.

Приращение скорости

                                     D v = v _к - v _н,                                (2.3)

где v _ни v _к — начальная и конечная скорости материальной точки соответственно.

Среднее ускорение

                                        ,                                  (2.4)

где D v — приращение скорости м.т. за промежуток времени Dt.

Единица ускорения — метр на секунду в квадрате: [a] = м/с².

Равнопеременное прямолинейное движение — движение, при котором за любые равные промежутки времени приращения скорости одинаковы и коллинеарны скорости материальной точки.

Ускорение при равнопеременном прямолинейном движении

                                 ,                                   (2.3)

где D v _i — приращения скорости м.т. на любом i-м (i = 1,…, n) участке траектории за соответствующий промежуток времени Dt_i.

При равнопеременном прямолинейном движении:

среднее ускорение

                                  < a > = a = const,                             (2.4)

скорость

                                     v = v _н + a Dt.                                (2.5)

 

Равноускоренное прямолинейное движение — прямолинейное равнопеременное движение, при котором модуль скорости материальной точки увеличивается.

Направления скорости и ускорения м.т. в начальный и последующие моменты времени совпадают (рис. 2.1).

При равноускоренном прямолинейном движении:

модуль ускорения  

                                    (Dv_i > 0),                     (2.6)

где Dv_i — приращение модуля скорости на любом i-м (i = 1,…, n) участке траектории за соответствующий промежуток времени Dt_i,

модуль скорости

                                           v = v_н +aDt,                            (2.7)

путь

                                .                  (2.8)

График линейной зависимости модуля скорости от времени v = v_н + at (t_н = 0) представлен на рис. 2.2. Путь S в системе координат vОt равен площади (выраженной в единицах пути) трапеции, ограниченной графиком v(t) и осью времени Ot от начального до конечного моментов времени.

При равноускоренном прямолинейном движении:

модуль конечной скорости

        ,    (2.9)

с редняя путевая скорость

        .  (2.10)

Равнозамедленное прямолинейное движение — прямолинейное равнопеременное движение, при котором модуль скорости уменьшается.

Направления скорости и ускорения м.т. в начальный и последующие моменты времени противоположны (рис. 2.3), причем движение существует в промежутке времени:

                                       .                      (2.11)

При равнозамедленном прямолинейном движении: 

модуль ускорения

                                  (Dv_i < 0),                 (2.12)

где Dv_i — приращение модуля скорости на любом i-м (i = 1,…, n) участке траектории за соответствующий промежуток времени Dt_i, модуль скорости

                                          v = v_н - aDt,                         (2.13)

путь

                                  .                 (2.14)

График линейной зависимости модуля скорости от времени v = v_н - at (t_н = 0) представлен на рис. 2.4. Путь S равен площади (выраженной в единицах пути) трапеции, ограниченной графиком v(t) и осью абсцисс от начального до конечного моментов времени.

При равнозамедленном прямолинейном движении:

модуль конечной скорости

            ,      (2.15)

с редняя путевая скорость

            .      (2.16)

Свободное падение тела по вертикали у поверхности Земли — равнопеременное прямолинейное движение, происходящее при малых высотах h (h << R — радиуса Земли) и малых скоростях тела, при которых сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Ускорение свободного падения g — величина постоянная:

                                       g = const;                                (2.17)

оно направлено вертикально вниз и не зависит от массы тела.

Модуль ускорения свободного падения

                              g = 9,81 м/с².                             (2.18)

При решении некоторых задач модуль ускорения свободного падения можно принимать равным 10 м/с².

§3. Законы Ньютона

Классическая динамика основана на трех законах Ньютона, являющихся обобщением большого количества опытных (экспериментальных) данных.

Масса тела m — СФВ, являющаяся мерой инертности тела и гравитационного взаимодействия тел.

Инертность — свойство тела, состоящее в том, что для изменения скорости тела при воздействии на него другого тела (или нескольких тел) требуется некоторый промежуток времени (тем больший, чем больше масса тела).

Гравитационное взаимодействие тел — взаимное притяжение тел, силы которого пропорциональны массам этих тел.

Свойства массы: является положительной величиной (m > 0);

не зависит от скорости тела (m = const); масса системы тел равна сумме масс всех тел, входящих в эту систему (  где n — число тел системы); масса замкнутой системы тел (§4) остаётся неизменной при всех процессах, происходящих в этой системе (m_з.с = const).

Единица массы — килограмм: [m] = кг.

Средняя плотность тела

                                        ,                                  (3.1)

где m — масса всего тела, V — объем тела.

Однородное тело — тело, любые (равные) части которого имеют одинаковые физические свойства.

Плотность однородного тела

                                       ,                                 (3.2)

где m_i — масса любой части однородного тела, объем которой V_i.

Единица плотности — килограмм на кубический метр: [r] = кг/м³.

Средняя плотность неоднородного тела может быть определена через отношение суммы масс всех однородных частей тела m_i к сумме их объемов V_i (i = 1,..., n):

                                     .                                (3.3)

Сила F — ВФВ, являющаяся мерой механического воздействия на данное тело со стороны другого тела.

Механическое действие тел — действие, вызывающее (по отдельности или совместно) деформации (изменение размеров и формы тела) и ускорения взаимодействующих тел.

Механическое взаимодействие происходит как между телами находящимися в контакте, так и между телами, находящимися на некотором расстоянии друг от друга. В последнем случае, взаимодействие осуществляется посредством силового поля (области пространства, в которой на тело действует сила).

Законы Ньютона

Первый закон Ньютона

Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными системами отсчёта (ИСО), относительно которых материальная точка движется прямолинейно и равномерно или покоится, если на нее не действуют другие материальные точки.

Второй закон Ньютона

Ускорение материальной точки относительно инерциальной системы отсчёта прямо пропорционально приложенной к ней силе F и обратно пропорционально массе m материальной точки:

                                         .                                    (3.4)

Единица силы — ньютон: [F] = Н = кг×м/с².

Принцип независимости действия (суперпозиции) сил

Ускорение материальной точки относительно инерциальной системы отсчёта при одновременном приложении к ней нескольких сил прямо пропорционально сумме всех приложенных сил и обратно пропорционально массе m этой материальной точки:

                                       ,                        (3.5)

где F _i — сила, с которой i-я м.т. действует на данную м.т. по отдельности, n — число сил, приложенных к данной материальной точке, F _р — равнодействующая сила, равная сумме всех сил F _i (i =1,..., n), одновременно приложенных к материальной точке:

                                      .                                (3.6)

Например, равнодействующая F_р двух сил F ₁ и F ₂ (рис. 3.1,а), приложенных к материальной точке и направленных по одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей этих сил:

                     .        (3.7)

Равнодействующая F_р двух сил F ₁ и F ₂ (рис. 3.1,б), приложенных к материальной точке и направленных по одной прямой в противоположные стороны направлена в сторону большей силы (например, F ₂), а ее модуль равен модулю разности модулей этих сил:

                   F_р =÷F₂ - F₁÷.         (3.8)

Динамическое уравнение движения материальной точки:

                                                                       (3.9)

Векторному уравнению (3.9) эквивалентно уравнение для проекций ускорения и сил, расположенных на оси Ох:

                                                             (3.10)

Третий закон Ньютона

Силы, с которыми действуют друг на друга две взаимодействующие материальные точки, равны по величине и противоположны по направлению:

                 F ₁₂ = - F _21,          (3.11)

где F ₁₂ — сила, с которой 2-я м.т. действует на 1-ю м.т., F ₂₁ — сила, с которой 1-я м.т. действует на 2-ю м.т. (см. рис.3.2).

Сила тяжести и вес тела

Сила тяжести

                                       F _тяж = m g,                                (3.12)

где m — масса тела, g — ускорение свободного падения (относительно поверхности Земли).

Вес тела F _в — сила, с которой тело действует на опору или подвес, удерживающие его от свободного падения.

Согласно третьему закону Ньютона вес тела равен по модулю силе, с которой опора (или подвес) действует на это тело.

Если опора неподвижна (или движется равномерно и прямолинейно) относительно поверхности Земли, то модуль веса тела равен модулю силы тяжести:

                                         F_в = mg.                                 (3.13)

Силы упругости

Силы упругости возникают при упругой (обратимой) деформации тел.

Закон Гука: с ила упругости прямо пропорциональна упругой деформации тела.

Сила упругости винтовой пружины. Винтовая пружина длиной L₀ закреплена одним концом на опоре (рис. 3.3). Пружина растянута (может быть сжата) внешней силой F _внеш, действующей по оси пружины. Пружина действует на внешнее тело с силой F _упр.

В положении равновесия пружины модули силы упругости и внешней силы одинаковы:

                  F_упр = F_внеш.  (3.14)

Модуль силы упругости

                 F_упр = k|DL₀|,  (3.15)

где DL₀ = (L - L₀) — удлинение при растяжении (укорочение при сжатии) пружины, L₀ — длина ненагруженной пружины; L — длина нагруженной пружины; k — жесткость пружины.

Жесткость пружины может быть определена из равенства:

                                       .                               (3.16)

Единица жесткости пружины — ньютон на метр: [k] = Н/м.

Жесткость системы пружин

На рис. 3.4,а показаны две параллельно соединенные пружины, на рис. 3.4,б — две последовательно соединенные пружины с разными жесткостями k₁ и k₂.

Жесткость системы k_пр, состоящая из n параллельно соединенных пружин с жесткостями к_i (i = 1,..., n):

                                                                     (3.17)

Жесткость системы k_пс, состоящая из n последовательно соединенных пружин с жесткостями к_i (i = 1,..., n), находится из равенства:

                                      .                              (3.18)

Силы трения

Трение — взаимодействие между соприкасающимися телами, препятствующее их движению относительно друг друга.

Сухое трение — трение между поверхностями твёрдых тел.

Сухое трение подразделяется на трение покоя, препятствующее возникновению движения, и трение скольжения, препятствующее относительному движению тел.

Сила трения покоя F _тр.п равна по модулю и направлена противоположно силе F, параллельной поверхности опоры (рис.3.5,а):

                                       F _тр.п = - F _.                                (3.19)

Модуль максимальной силы трения покоя

                               F_тр.п.м = mN,                               (3.20)

где m — коэффициент трения (зависит от материала и состояния соприкасающихся поверхностей тел), N — модуль нормальной силы реакции опоры (на рис. 3.5,а брусок рассматривается как материальная точка и поэтому все силы изображены приложенными к точке, расположенной в центре бруска).

Сила трения скольжения F _тр.ск. направлена противоположно скорости тела v относительно опоры (см. рис. 3.5,б).

Модуль силы трения скольжения равен модулю максимальной силе трения покоя:

                                F_тр.ск = mN.                               (3.21)

Cилы трения покоя и скольжения не зависят от площади соприкасающихся поверхностей.

§4. Работа. Мощность. Энергия

Работа (механическая) А постоянной силы F, приложенной к материальной точке, при ее прямолинейном движении:

а) если направления силы F и перемещения D r совпадают (рис. 4.1,а), то

                                        A = F|D r |,                                  (4.1)

б) если направления силы F и перемещения D r противоположны (рис. 4.1,б), то

                                       A = -F|D r |,                                 (4.2)

в) если сила F перпендикулярна перемещению D r (рис. 4.1,в), то

                                          А = 0.                                     (4.3)

Если прямолинейное движение материальной точки происходит по оси Ох, то работа постоянной силы, приложенной к материальной точке, может быть найдена также из равенства:

                                         A = F_хDх,                                  (4.4)

где F_х — проекция силы на ось Ох, Dх — проекция перемещения на ось Ох.

Работа может быть положительной величиной (A > 0), равна нулю (А = 0) или отрицательной величиной (А < 0).

Единица работы — джоуль: [A] = Дж = Н×м.

Работа силы тяжести (при вертикальном движении материальной точки относительно поверхности Земли):

                           A = mg(h_н - h_к) = -mgDh,                      (4.5)

где h_н и h_к — начальная и конечная высоты материальной точки.

Работа упругой силы винтовой пружины

                        ,                  (4.6)

где (DL_0н) — начальное удлинение при растяжении (укорочение при сжатии) пружины, (DL_0к) — конечное удлинение при растяжении (укорочение при сжатии) пружины, k — жесткость пружины.

Средняя мощность

                                        ,                                  (4.7)

где A — работа, совершенная за промежуток времени Dt.

Мощность

                                         ,                                   (4.8)

где А_i — работа за соответствующий промежуток времени Dt_i (из общего времени работы Dt), при условии, что за любые равные промежутки времени Dt_i соответствующие работы А_i одинаковы.

Единица мощности — ватт: [P] = Вт = Дж/с.

При равномерном и равнопеременном прямолинейном движении материальной точки по оси Ох мощность может быть найдена из равенства:

                                        Р = F_хv_х,                                   (4.9)

где F_х — проекция силы, приложенной к материальной точке, на ось Ох, v_х — проекция скорости материальной точки на ось Ох.

Система тел — тела, объединенные в группу при решении данной задачи.

Внутренние тела — тела, принадлежащие данной системе.

Внешние тела — тела, не принадлежащие данной системе.

Замкнутая система тел — система, ни одно из тел которой не взаимодействует с внешним телом (внешними телами).

Незамкнутая система тел — система, хотя бы одно из тел которой взаимодействует с внешним телом (внешними телами).

Рассмотрим систему тел, между которыми действуют только силы упругости, силы тяжести и силы трения (силы сопротивления среды).

Потенциальная энергия П — СФВ, определяемая взаимным расположением взаимодействующих тел системы (частей тела).

Теорема о потенциальной энергии — убыль потенциальной энергии системы материальных точек (частей тела) равна работе сил тяжести и (или) упругости:

                                -DП = А_тяж  + А_упр.                                   (4.10)

Поле сил (силовое поле) — область пространства, в каждой точке которой на тело действуют силы.

Однородное поле сил — поле, силы которого во всех его точках одинаковы.

Потенциальная энергия материальной точки (м.т.) в какой-либо точке поля сил тяжести может быть определена через работу сил этого поля при перемещении м.т. из данной точки поля в точку, потенциальная энергия в которой принята равной нулю.

Потенциальная энергия материальной точки вблизи поверхности Земли:

                                   П_тяж = mgh + С,                           (4.11)

где h — высота материальной точки, С — произвольная постоянная, значение которой выбирается из удобства решения задачи.

Закон Паскаля

Под действием поверхностных сил давление в любых частях покоящейся жидкости одинаково.

Гидравлическая машина — машина, предназначенная для создания больших сил.

Действие гидравлической машины основано на законе Паскаля.

Наибольшая сила, развиваемая гидравлической машиной, может быть определена (без учета гидростатического давления) из равенства:

                               ,                         (6.2)

где F_{д max} и F_{д min} — силы давления жидкости, приложенные к поршням (рис. 6.1), S_max и S_min — площади поперечных сечений поршней соответственно.

Гидростатическое давление — давление в покоящейся жидкости, обусловленное весом жидкости:

                                       p_г.с = r_жgh,                                 (6.3)

где r_ж — плотность жидкости, g — модуль ускорения свободного падения, h — глубина уровня в жидкости.

Во всех точках любой горизонтальной плоскости в жидкости, характеризуемой глубиной h, гидростатическое давление одинаково (р = const) и не зависит от формы сосуда.

Закон сообщающихся сосудов

Высоты поверхностей двух разнородных жидкостей относительно их поверхности раздела в открытых сообщающихся сосудах обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей и не зависят от площадей поперечного сечения сосудов:

                       ,          (6.4)

где h₁ и h₂ — высоты поверхностей жидкостей (рис. 6.2), r₁ и r₂ — плотности первой и второй жидкостей соответственно.

Закон Архимеда

На тело, погружённое в неподвижнуюжидкость (газ), действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная по модулю весу жидкости (газа) в объёме погружённой части тела, направленная вертикально вверх и приложенная к центру давления, который совпадает с центром тяжести жидкости в объёме погружённой части тела.

Модуль силы Архимеда

                                                                   (6.5)

где r_ж — плотность жидкости; V_п.ч.т — объем погруженной в жидкость (газ) части тела.

Условие плавания тел

Сила Архимеда F_А, приложенная со стороны покоящейся жидкости (газа) на погруженное в нее (него) тело, должна быть по модулю не меньше силы тяжести F_тж, действующей на это тело:

                                        F_А ³ F_тж.                                   (6.6)

Атмосфера — воздушная оболочка Земли.

Воздух – смесь газов, состоящая, в основном, из азота (75,5% по массе) и кислорода (23,15%), а также, в небольших количествах, аргона, углекислого газа, пара воды, водорода и некоторых других газов.

Плотность воздуха r = 1,293 кг/м³ при 0 °С и нормальном атмосферном давлении.

Атмосферное давление р — давление в атмосфере у поверхности Земли. Нормальное атмосферное давление равно 1,013×10⁵ Па (760 мм. рт. ст.).

Барометр ¾ устройство для измерения атмосферного давления.

Ртутный барометр ¾ барометр, в котором для измерения атмосферного давления используется жидкая ртуть.

Барометр-анероид ¾ барометр, в котором для измерения атмосферного давления не используется жидкость.

В барометре-анероиде расширение или сжатие (под действием сил атмосферного давления) гофрированной тонкостенной металлической коробки, из которой выкачена часть воздуха, приводит (при помощи рычажной системы) к повороту стрелки, движущейся по круговой шкале. Анероид градуируется по ртутному барометру.

Значения плотностей некоторых веществ, необходимых для решения задач, приведены в приложение 8 в таблице П8.1.

ТЕМА 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

§7. Теплота

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) вещества.

Первое положение

Все тела (твердые, жидкие, газообразные) состоят из большого числа микрочастиц — атомов, молекул, ионов.

Второе положение

Атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении.

Третье положение

Между атомами, молекулами и ионами действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Температура — скалярная физическая величина, являющейся характеристикой тел системы, определяющей состояние теплового равновесия данной системы: при таком состоянии температура всех тел системы одинакова.

Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического (теплового) движения атомов, молекул, ионов.

Для определения температуры используется зависимость от нее различных свойств тел, например, объема тел.

Температура по шкале Цельсия t — температура, которая устанавливается следующим образом: температура плавления льда t_пл принимается равной 0 °С, температура кипения воды t_кв принимается равной 100 °С (при нормальном атмосферном давлении p_A = 760 мм.рт.ст.). Используя явление теплового расширения термометрического тела (например, какой-либо жидкости), этот температурный интервал делится на 100 равных частей — 100 градусов.

Единица температуры по шкале Цельсия  — градус Цельсия: [t] = °С.

Термодинамическая (абсолютная) температура T — температура, значение которой не зависит от термометрического тела. Она отсчитывается по термодинамической шкале (шкале Кельвина) от абсолютного нуля (-273,15 °С).

Единица термодинамической температуры — кельвин: [T] = К.

Связь между температурой Т по шкале Кельвина и температурой t по шкале Цельсия:

                                                           (7.1)

Один кельвин равен одному градусу Цельсия: 1 К = 1 °С. Приращение температур по этим шкалам одинаковы: DT = Dt.

С ростом температуры внутренняя энергия тел увеличивается, а с понижением температуры — уменьшается.

Внутренняя энергия тела U — величина, равная сумме кинетической и потенциальной энергий всех микрочастиц тела.

Теплообмен (теплопередача) — процесс передачи некоторого количества внутренней энергии одним телом другому, не обусловленный совершением ими работы. Передача энергии происходит при столкновениях хаотически движущихся атомов (молекул, ионов) взаимодействующих тел и через излучение, при этом происходит уменьшение внутренней энергии того тела, температура которого больше.

Теплопроводность — вид передачи внутренней энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения атомов и молекул.

Конвекция — вид теплопередачи, связанный с перемещением неодинаково нагретых частей друг относительно друга газообразных и жидких тел.

Излучение (лучистый теплообмен) — процесс передачи внутренней энергии электромагнитными волнами (фотонами).

Количество теплоты Q — количество внутренней энергии, переданной одним телом другому при теплообмене.

Единица количества теплоты: [Q] = Дж.

Теплоемкость тела C_т — величина, равная отношению количества теплоты Q, полученного или отданного телом, к происходящему при этом приращению температуры тела DТ:

                                                                                    (7.2)

Единица теплоемкости тела: [C_т] = Дж/К.

Удельная теплоемкость c — величина, равная отношению количества теплоты Q, полученного или отданного телом, к его массе m и к приращению температуры DT, происходящему при этом:

                                                           (7.3).

Единица удельной теплоемкости: [с] = Дж/(кг×К).

Количество теплоты Q, полученное или отданное телом в процессе нагрева или охлаждения,

                          Q = cmDT = cmDt.                           (7.4)

Если тело нагревается, то приращение температуры тела положительно (DT > 0) и количество теплоты, полученное телом, также положительно (Q > 0), если тело охлаждается, то приращение температуры тела отрицательно (DT < 0) и количество теплоты, отданное телом, также отрицательно (Q < 0).

Теплоемкость тела связана с удельной теплоемкостью равенством:

                                  C_т = mc.                                   (7.5)

Агрегатное состояние вещества —твердое, жидкое и газообразное состояние вещества.

Твердое кристаллическое тело (кристалл) — твердое тело, расположения атомов или молекул которого упорядочено по всему телу (атомы и молекулы хаотически колеблются около точек, называемых узлами кристаллической решетки, положение которых повторяются периодически).