《注册电气工程师基础考试个人笔记》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注册电气工程师基础考试个人笔记（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 物理学物理学2.1 热学热学一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程273.13TtM:气体的质量，u：气体的摩尔质量M=uPVRT 恒量1 12212PVPV TTR:普适气体恒量 MPV=uRT8.31 /()RJmol k, PnkT,NnV分子数密度-23=1.38 10/ARkJ KN玻尔兹曼常数二、理想气体的压强和温度的统计解释二、理想气体的压强和温度的统计解释1、 2 3Pn(:分子平均平动动能)（v 为大量分子的平均速率，不随时间变化）2mv1=22、 气体分子的平均平动动能只与温度有关kT3=2由 2mvkT13=22233kTRTvmu一、 能量按自由度均分原
2、理 1、 气体分子的自由度 决定某个物体在空间的位置所需的独立坐标数称为该物体的自由度。 单原子分子： 只有平动，i=3 刚性双原子分子：3 个平动自由度，2 个转动自由度， i=5 刚性三原子以上分子：3 个平动自由度，3 个转动自由度， i=6 2、 能量按自由度均分气体处于平衡态时，分子任何一个自由度的平均能量都是相等的，均为kT1 2 如果气体分子有 i 个自由度，则分子平均动能为: ikT2 平均动能 = 平均平动动能 + 平均转动动能 3、 理想气体的内能 理想气体的内能 = 气体内所有分子的动能 + 分子间势能1mol 理想气体有个分子，0N23 06.023 10/ANNmol
3、1mol 气体内能： 0iiEkT NRT22 质量为 M(kg)的理想气体内能为： M iERTu2对于给定的理想气体，其内能取决于气体的热力学温度。三、麦克斯韦速率分布定律三、麦克斯韦速率分布定律1、 麦克斯韦速率分布函数设 N 为气体的总分子数，dN 为速率为 v v+dv 内的分子数，则为 v v+dv 区间内dN N 分子数占总分子数的百分比。为在某单位速率区间内分子数占总分子数的百分率。dN N dV( )dNf vN dV称为麦克斯韦速率分布函数，其物理意义：速率在 v 附近的单位速率间隔内的分( )f v子数占总分子数的百分比。 2、麦克斯韦速率分布曲线六、内能、功和热量六、内
4、能、功和热量 1、内能：热力学系统在一定状态定下具有一定的能量，称为热力学系统的内能。内能的改 变量只决定于始末两个状态。对理想气体，其内能表达式为(理想气体质量为 M(kg),气体的 摩尔质量为 u):2M iERTu内能增量：21()2M iER TTuV2、功：力 F 和力的作用点位移 dr 的点乘积。dAF drpsdrpdVg在热力学系统中，功的定义为： （与过程有关，过程量）21vvApdV,0,vvv系统对外做正 (外界对系统做负功）系统对外做负系统不做功由定积分的几何意义知，功的大小等于 p-v 图上过程曲线下的面积。 3、热量：与过程有关。七、热力学第一定律七、热力学第一定律
5、 当系统状态发生变化时，通常做功和传热同时发生。设有一系统，外界对系统传递的 热量为 Q，系统从内能为 E1 的状态改变到内能为 E2 的状态，同时系统对外做功为 A，则：21QEEAEAVdQdEdA八、热力学第一定律对理想气体等值过程的应用八、热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 1、等容过程：气体的容积保持不变，即 V 为恒量，dV=0，气体对外不做功。根据热力学 第一定律，气体吸收的热量全部用于改变系统的内能。21()2vM iQER TTuV2、等压过程：气体压强保持不变，即 p 为恒量，dp=0,气体在等压过程中吸收的热量，一部分转化为内能的增量，一部分转化为对外做的功EV212
6、1()()Mp vvR TTu212121()()(1) ()22pM iMMiQEAR TTR TTR TTuuuV3、等温过程：气体温度保持不变，即 T 为恒量，dT=0，系统内能不变，系统吸收的热量全 部用于对外界做功。22 21111lnvvT vvvMMQpdVRTdVRTV uuv4、绝热过程：系统在整个过程中与外界无热量交换，dQ=0，P,V,T 均变，温度降低。 AE V九、气体摩尔热容九、气体摩尔热容 热容：系统每升高单位温度所吸收的热量。/cdQ dT1、 摩尔定容热容：1mol 系统在等容过程中，每升高单位温度所吸收的热量。,2v m VdQicRdT恒量2、 摩尔定压热
7、容：1mol 系统在等压过程中，每升高单位温度所吸收的热量。,(1)2p mv m PdQicRcRdT恒量3、 比热容：摩尔定压热容与摩尔定容热容的比值。,2p mv mcirci十、循环过程与卡诺循环十、循环过程与卡诺循环 1、循环过程的特点：（1）系统循环一周，内能不变, （2）p-v 图上为一条闭合曲线：热机-正循环-顺时针制冷机-逆循环-逆时针0E（3）=-A吸净放循环曲线包围的面积QQ2、 热机效率：=1A 放吸吸Q QQ一切热机的效率都不能等于 1. 3、 卡诺循环：在两个温度恒定的热源（一个高温热源 T1，一个低温热源 T2）之间工作的 循环过程，由两个等温过程和两个绝热过程组
8、成。2111T T 放吸Q Q4、 制冷系数：从低温热源吸取热量 Q2,将使低温热源温度降得更低，这就是制冷机的原理。2212QQwAQQ卡诺循环制冷系数：212-TwT T卡诺十一、热力学第二定律十一、热力学第二定律 开尔文表达：不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸收热量，使之完全变 为有用功，而其他物体不发生任何变化。 克劳休斯表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体。 十二、可逆过程与不可逆过程十二、可逆过程与不可逆过程 在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一个状态，而不引起其他变化， 这样的过程叫可逆过程；反之，在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的
9、每一个状态，或者虽能重复正过程的每一个状态但必然引起其他变化，这样的过程叫不可 逆过程。 热功转化过程、热传递过程都是不可逆的。2.2 波动学波动学一、机械波的产生与传播一、机械波的产生与传播 1、 波动分为两大类：机械波、电磁波 波动只是振动状态的传播，煤质中各指点并不随波逐流。沿波的传播方向，各质点的 相位依次落后。 机械波是弹性煤质中各点以一定相位差的集体振动。 产生机械波的两个条件：（1）要有机械振动的物体即波源（2）要有传播振动的弹性煤质。 2、波的分类横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。纵波：质点的振动方向与波的传播方向平行，如声波。 3、描述波的物理量波长（）：波线上振动状态
10、（相位）完全相同的相邻两点之间的距离。周期（T）频率（v）:单位时间通过波线上一点的完整波形的数目，波的频率由波1/vT 源决定，与煤质无关。波速（u）:振动状态在煤质中的传播速度，取决于煤质的性质。/uTv 二、简谐波的表达示二、简谐波的表达示 1、平面谐波的波动方程： (1) 简谐振动方程(坐标原点处质点的振动方程)：00cos()yAwtA: 振幅， w: 角频率22 /wvTK M(2) 质点振动偏离平衡位置的位移y; 振动向前传播的距离 x.设一平面简谐波沿 x 轴正向传播，P 为波线上任一点，从原点 O 到 P 需要时间x uO 振动了 t 秒，P 处质点振动了秒；xtuO 点相位
11、为 wt 时，P 点相位为，p 处质点振动方程为：，()xw tucos()xyAw tu则波动方程为：002cos ()cos()xxyAw tAwtu（3）沿 x 轴负向传播的波动方程为：0cos ()xyAw tu2、波动方程的物理意义给定位置 x，波动方程表示距原点为 x 处质点在不同时刻的位移，即表示 x 出指点的振 动方程；给定时间 t，波动方程表示 t 时刻各质点的位移，即 t 时刻的波形方程。三、波的能量三、波的能量1、波动能量 波不仅是振动状态的传播，而且也伴随着振动能量的传播。波动的传播过程就是能量的传播过程。波的能量=煤质中某体积元的振动动能与弹性势能之和。在波动中，动能
12、和势能是同相位的，同时达到最大值，又同时达到最小值，对任意体积 元来说，机械能不守恒。当体积元处于平衡位置时（y=0） ，体积元中动能和势能同时达到最大值；当体积元处于 最大位移时(y=A)，动能与势能同时达到最小值。某体积元具有动能，弹性形变势能，在质元内总机械能为：KWPWKPWWW2、能量密度：单位体积的波动能量，w平均能量密度：能量密度在一个周期内的平均值，w221 2wA w平均能流密度：单位时间内通过垂直于波动传播方向上单位面积的平均能量，也称为 波的强度。221 2IwuuA w四、波的干涉、驻波四、波的干涉、驻波 1、波的干涉现象相干波：两列频率相同、振动方向相同、相位差恒定的
13、波。波的干涉：在相干波相遇叠加的区域内，有些店振动始终加强，有些点振动始终减弱或 完全抵消， ，这种想象，称为波的干涉。 2、干涉条件设两相干波源 S1 及 S2 的振动方程为：111cos()yAwt222cos()yAwt发出的简谐波在媒质中经 r1、r2 的波程分别传到 P 点相遇，在 P 点的分振动分别为：1 1112cos()PryAwt2 2222cos()PryAwtP 点的和振动方程为：12cos()PPPyyyAwt其中，22 12122cosAAAA A当为的整数倍时，A 最大。当为的奇数倍时，A21 212 ()rr2最小。 3、驻波：两列振幅相同的相干波，在同一直线上沿
14、相反方向传播，叠加的结果即为驻波。驻波叠加后的波动方程为：2cos2cos2xyAvt在处的各质点，有最大振幅，这些点称为驻波的波腹；在 处的各2xk(21)4xk质点，振幅为零，即始终静止不动，这些点称为驻波的节点。驻波被节点分成若干长度为 的小段，每小段上的各质点的相位相同，相邻两段上的2各质点的相位相反，即各质点的振动状态不是逐点传播。相邻两波节之间的距离为半个波长。2五、多普勒效应五、多普勒效应 设声源和观察者在同一直线上运动，声源的频率为，声源相对于媒质的运动速度为v，观察者相对于媒质的运动速度为 ，声在媒质中的传播速度为，则观察者接收到sV0Vu的频率为:0suVvuVm，规定：观
15、察者向着波源运动时，前取正号，远离时取负号；波源向着观察者运动时，0V前取负号，远离时取正号。sV2.3 光学光学一、光的干涉一、光的干涉 1、光的相干条件：频率相同、光振动方向相同、相遇点相位差恒定。干涉极大极小值满足条件：max1221 21 min122,2 () (21) ,kAAArr kAAA波的强度：2IA 2、光波是原子内部发出的电磁波。光波是横波。 光源的特点：普通光源发光实质上是发光体中大量原子（或分子）所辐射的一种电磁 波，其特点是： (1) 各原子（或分子）辐射彼此独立，故光振动的方向、频率和相位各不相同。 (2) 每个原子（或分子）辐射是间断的，持续时间为 ，且前后两次辐射彼此独立，互 不相关。 所以，从两个光源或从同意光源不同部分发出的光不满足相干光的条件，即为非相干 光；此外就是同一原子前后两次发的光也是不相干的。 3、获得相干光的方法：（1）提高光源质量：如采用激光器可获得单色性很好的光(2) 对普通光源：可将光源上一发光点的光分为两束，各经历不同的路径再会和迭加。 4、光程、光程差，12212 ()rr当两束光分别通过不同介质时，由于同一频率的光在不同介质中的传播速度不同，因 为波长也不同。 若两相干光分
