Системы единиц измерения физических величин.

Системы единиц измерения физических величин.

Измерение-с равнение с эталоном.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, величины, по определению считающиеся равными единице при измерении других величин такого же рода. Эталон единицы измерения – ее физическая реализация. Так, эталоном единицы измерения «метр» служит стержень. Метр – это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды. Это определение было принято в октябре 1983.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда – продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Радиан – плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.ень длиной 1 м.равнение с эталоном.

Предмет механики.Классическая и квантовая механика.

Механика-наука о простейшей форме движения материи,которая состоит в перемещении тел или их частей относительно друг друга и происходящих при этом взаимодействиях между ними.

В нач.20 в. Установлено,что мех. Ньютона имеет огр-ую область применимости и нуждается в обобщении,во-первых она неприменима при V движения тел сравнимых с V света,здесь её заменила релятявистская мех.,построенная на спец теории относительности Эйнштейна.Релят-ая мех включает в себя Ньют-ую(нерелят-ую),как частный случай.Термин классич мех включает в себя Ньютонову и классич мех-у.Для классич. Мех-и хар-но описание частиц путём задания их положения в пространстве,т.е. координат,и скоростей,а также зависимости этих величин от времени.Такому определению соответствует движение частиц по опредённым траекториям.Подробное описание не коррекно для частиц с малой массой,микрочастиц,в этом состоит 2-ое ограничение применимости мех.Ньютона.Более общее описание движения даёт квантовая мех,которая включает в себя,как частный случай,классич мех-у.

Квантовая мех делится на нереляти-ую,в случае малых V, и реляти-ую,удовлетворяющую требованиям спец теории относит-ти.

Соотношение между классич и квантовой мех-ой опр в сущ универс-ой мировой постоянной-постоянной Планка.Пост. Планка также назыв. Квантом действия и имеетразмерность действия h=6,62*10-27 ерг*с,если размерность действия знач больше пост Планка,надо применять классич мех

Основные единицы СИ

L=1м-единица длинны=1650763,73 оранжевой длины изотопа в вакууме

M=1кг-единица массы

Т=1с-единица времени-9192631770,периодом излучения цезия133 не возмущенного внешним воздействием в спектре атома цезия133

Т=1К-это темпер равная 1/273,15 от термодинамич температ затвердевания дистиллированной воды при давлении 101325 Па

=1моль-кол-во в-ва содержащее столько атомов сколько содержится в 12гр нуклеида 12С

I=1А-сила тока,который проходя по двум прямым парал-ным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения,расположенных на расстоянии 1 м в вакууме вызывает силу и взаимодействие 2*10-7Н

J=1Кд-сила света,испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой =5401012 Гц,энергетическая сила света которого составляет 1/683 В/ср

Скорость и ускорение

Длина траектории точки есть величина пройденного пути.S(t)-скалярная физ величина.

Разность двух радиус-векторов взятых в различные моменты временны образует вектор перемещения точки.

Поступ-ным назыв движение при котором любая прямая жёстко связанная с движущимся телом остётся параллельной своему начальному положению.

Вращательным назыв дв-ие при котором все точки тела движутся по окр-ти,центры кот-ых лежат на одной прямой,назыв осью вращения.

Средней путевой скоростью за конечное время ∆ t назыв отн-ие пройденного за это время конечного пути ∆S по времени Vcр пут=∆S\∆ t=(S2-S1)\(t2-t1).

Средняя скорость перемещения-отн-ие конечного перемещения к промежутку времени

Vr=∆r\\∆ t

Производная радиус-вектора по времени определяет мгновенную скорость перемещения точки

Ускорение-величина характериз-ая быстроту изменения скорости по модулю и направлению.Среднее ускорение неравномерного дв-ия в интервеле времени от t до (t+∆ t) есть векторная величина равная отн-ию изменения скорости ∆v к промежутку времени.

aср=∆v\∆ t

Производная скорости по времени назыв мгновенным ускорением скорости

a=dv\dt=d2r\dr2

Ск-ть в мех-ке, одна из осн-ых кинем-их хар-к дв-ся точки, равная численно при равн-ом дв-ии отношению пройд-ого пути S к пром-ку времени t, за к-ый этот путь пройдет, т. е. V=S/t. В общем случае V=dS/dt. Если дв-ие точки задано ур-ями, выр-ими зав0ть ее декар-ых коор-т x, y, z от времени, то V_x=dx/dt и т. Д

 

Законы Ньютона

1-ый закон. Отражает св-ва инертности тел и назыв законом инерции.Он утверждает,что всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения,пока воздействие со стороны других сил не заставит его изменить это состояние.

Следствие1.Сила-векторная величина явл мерой мех-ого воздействия на рассматриваемое тело со стороны других тел,сила характер-ся абсолютным значением,направлением в пространстве и точкой приложения.Сила действия на тело сообщает ему ускорение(динамич проявление сил) или вызывает его деформацию(статическое)

2-ой закон. Величина полученного ускорения пропорциональной прилож силе, приэтом рзные тела под влиянием одинаковых сил преобритают разные ускорения.Это опытный

факт в котором проявляются свойства инерции.Это св-во колич-но характериз.инертной массой тела,коэффиц.пропорциональности между прилож к телу силой и полученной им ускорением a=F/m. Ускорение приобретаемое телом прямо пропорц.силе действующей на тело и обратно пропорц его массе

3-ий закон. Утверждает,что силы с которыми действуют друг на друга взаимодействие тела,равны по величине и противоположны по направлению.

Законы сохранения

Закон сохранения импульса импульс замкнутой системы сохраняется т е не изменяется с течением времени p =m_j*vj=const это фундаментальн закон природы Он является следствием однородности пространства т е при параллел переносе в прос транстве замкнутых систем тел как целого ее физ св-ва не изменяются т.е. не зависят от выбора поло жения начала координат Механич систем -совокуп ность матер точек или тел, рассматр как единое целое Силы в механ системе бывают: внутренние силы-взаимодейств между матер точками мех си стемы, внешние сили-с котор на матер точки мех системы действ внешние силы Замкнутая (изолиро ван) система на нее не действ внешние силыЦен тр масс (инерции) воображаемая точка С положе ние которой характеризуется распределением массы этоZm_iй системы ее радиус-вектор равен Rc=r_j/m m_j, r_j-масса и радиус вектор i-й точки n-число точек Для тел правильной геом формы центр масс совпадает с геометр центром тела Закон движения центра масс Цмс систем движущейся как матер точка в которой сосредоточена масс всей системы и на которую действует сила равная сумме всех внешних сил действующих на систему т е m*dv/dt=Z F _I

Закон сохранения энергии тела меж ду котор де йствуют консервативные силы Полная мех энергия сохраняется (фундаментал зак природы)Диссипа тивные системы мех энергия постепенно уменьша ется за счет преобразований в другие виды энергии (не мех) Рассеяние Е это процесс диссипации Все системы в природе диссипативны В системе в кото действ неконсервативные силы (трения) полная мех Е системы не сохраняется Однако при исчезновен ии мех Е всегда возникает эквивалентная ей др Е ни когда не исчезает и не появляется из ничего Она ли шь превращается из одного вида в другую (физ су щ закона превращения и сохранения Е)Сущность не уничтожения материи и ее энергии (на тело дей ств консервативн и неконсервативн силы) Fk+Fтр+ Fвн Закон сохранения Е:при наличии неконсе рва тивных сил полная энергия мех системы не сохра няется а переходит в др виды энергии (может не вы полняться)При пластичных деформаЕ переходит в тепло.

Закон сохранения импульса: момент импульса твер дого тела относительно произвольной оси есть сумма моментов импульса отдельных частиц. L_я=Σ (от n до i) m_iυ_ir_i; υ_i=ωr_i; L_Z=Σ (от n до i) m_ir_i²ω=ωΣ (от n до i) m_ir_i²=ωJ_я; dL_я/dt=J_яdω/dt=M_Z; dL/dt=M – это уравнение еще одна форма уравнения динамики вращательного движения. Для зам кнутой системы момент внешних сил =0. М=0 => L=const – закон сохранения момента импульса. Следствие изотропности пространства.

Силы инерции.

m*ā1=m*ā+Fин, Fин - сила инерции, вектор.

Силы инерции при этом должны быть такими, чтобы вместе с силами F, обусловленными воздействием тел друг на друга, они сообщали телу ускорение a1, каким оно обладает в неинерциальных систем ах отсчета. F=m*a, a – ускорение тела в инерциаль ных системах отсчета.Силы инерции – силы, обусл овленные ускоренным движением системы отсче та относительно измеряемой системы отсчета. Си лы инерции вызываются не взаимодействием движу щихся тел, а ускоренным движением системы отс чета, поэтому они не подчиняются 3 закону Ньюто на.Проявления сил инерции:1. Силы инерции, воз никающие при ускоренном поступательном дви жении системы отсчета.Fин=-m*ā;Они проявляются в перегрузках при запуске космического корабля.

2. Силы инерции, действующие на тело, которое покоится во вращающейся системе отсчета.Fц=-m*ω²*R, Fц – центробежная сила инерции.Их дейс твию подвергаются пассажиры в движущемся тра нспорте на повороте.3. Силы инерции, действующ ие на тела движущиеся во вращающейся системе отсчета.Fк=2*m*[υ²×ω] – кориолисова сила инерции, где Fк,υ,ω – векторы.Кориолисова сила перпенди кулярна скорости тела и угловой скорости систе мы отсчета в соответствии с правилом правого винта.m*ā’=F+Fин+Fц+Fк, где F,Fин,Fц,Fк – векторы

14.Закон всемирного тяготения. Гравитационная масса.

В 1687г. Ньютон установил,что всякие 2 тела притяг-ся друг к другу с силой обратно пропор-ой квадрату расст-ия между ними F=γmM\RR(з-н всем-го тяг-ия)

В 1798 установили,что γ=6,6*10-11 это есть сила с которой притягив-ся друг к другу 2 массы в 1кг,каждая распол-а на расст-ии 1м друг от друга. φ=-γM\r(потенциал грав-ого поля). Потенциальная энергия приобретённая телом с массой м в рассм-ом грав-ом поле:u= γCM\r, где С-некоторая константа хар-ая гравит-ые св-ва тела массой

Т.о. константе С можно постановить с соответствии массу тела м,т.е. потен-ая энергия тела в грав-ом поле равна потенциалу поля в точке нахождения тела умноженного на его массу.Масса фигурирующая в законе тяготения назыв тяготеющей или грав-ой массой.В отличии от инертной массы фигур-ей в з-не Ньютона,их физ-ий смысл различен и ниоткуда не следует их равенство.Тем не менее невозможность различения их массы подтверждена очень большим числом самых свершенных опытов.Различия в которых не превышают 10-12,что м.б.отнесено к погрешности опытов,т.о. гравит-ые и инертные массы признаны тождественными

Работа в силе тяготения не зависит от пути,т.е. гравтит-ое поле консервативно.

Движение в поле тяготения.

Напряженность поля тяготения – это физическая ве личина, определяемая силой действующей со сто роны поля на материальную точку единичной мас сы, и совпадает с направлением действия силы.

dA=(-γ*m*M/R²)dR (1);A=∫|R2-R1|(γ*m*M/R²)dR=m* (γ*M/R1-γ*M/R2) (2);A=-∆П=-(П2-П1)=П1-П2;R2→∞; П2→0; П=-γ*m*M/R (3);Работа по перемещению тела массой m в поле тяготения на расстояние dR равно (1). При перемещении с расстояния R1 до R2 работа определяется по (2). Работа не зависит от траектории перемещения. Работа консерват ивных сил равняется изменению потенциальной энергии с обратным знаком.Потенциал поля тяготе ния – это физическая величина, определяемая поте нциальной энергией тела единичной массой в дан ной точке поля (3).Эквипотенциальные поверхности – это поверхности равного потенциала.

Космические скорости.

Первая косм.скорость -это v необх для того чтобы тело стало исск спутником Земли.Сила притяжения д.б.уравновешена центробежной силой.

Вторая косм скорость -это v которую можно сообщить телу чтобы оно покинуло область Земли. для определения надо вычислить работу,которую надо совершить для удаления тела с пов-ти Земли в бесконечность.

Третья космическая скорость – это скорость, которую необходимо сообщить телу на Земле, чтобы оно преодолело притяжение Солнца. υ3=16,7 км/с.

 

 

Абсолютно упругий удар.

Удар – столкновение 2-ух или более тел, при ко тором взаимодействие длится очень короткое время. Центральный удар – удар, при котором тела до удара движутся вдоль прямой, проходя щей через их центры масс. Абсолютно упругий удар – столкновение 2-ух тел, в результате кото рого в обоих взаимодействующих телах не ост ается никаких деформации и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, после удара снова превращается в кинетическую энер гию. Для абс. упругого удара выполняются законы сохранения импульса и кинет. энергии. Прямой центральный удар - в случае этого удара векторы скоростей тел до и после удара лежат на одной прямой, соединяющей их центры. Проекции векто ров скоростей на линию удара равны модулям скоростей, а их направления учитывается знака ми. Положительному направлению соответствует “+”, отрицательному направление - “-”. При этом закон сохранения энергии и импульса имеет вид: (система) m₁υ₁+m₂υ₂=m₁υ₁'+m₂υ₂'; m₁υ₁²/2 + m₂υ₂²/2 = m₁(υ₁')²/2 + m₂(υ₂')²/2. Отсюда υ₁'=((m₁–m₂)υ₁+2m₂ υ₂)/(m₁+m₂); υ₂'=((m₂–m₁)υ₂+2m₁υ₁)/(m₁+m₂);

Абсолютно неупругий удар.

Абсолютно неупругий удар – столкновение 2-ух тел, в результате которого тела объединяются и движутся дальше как единое целое (нет упругих деформаций), т.е. согласно закону сохранения импульса: m₁υ₁+m₂υ₂=(m₁+m₂)υ; υ= (m₁υ₁+m₂υ₂)/ (m₁+m₂). Если шары движутся навстречу друг дру гу, то они будут продолжать двигаться в ту сторону, в которую двигался шар с большим значением импульса. Пример абсолютно неупругого удара – движение шаров из пластилина. В результате неупругого удара не выполняется закон сохране ния механической энергии. Вследствие дефор мации происходит потеря кинетической энергии, которая переходит в тепловую или др. виды энер гии. Эту потерю можно определить по разности кинетических энергий до и после удара: ΔT= m₁υ₁² /2 + m₂υ₂²/2 - (m₁ + m₂)υ²/2; ΔT = m₁m₂ / 2(m₁+m₂)*(υ₁ + υ₂)². Если m₂>>m₁, то V₂<<V₁ и почти вся кинетиче ская энергия при ударе переходит в другие виды энергии. Поэтому для получения значительной де формации, наковальня должна быть намного ма ссивнее молотка.

Момент импульса.

Момент импульса относительно неподвижной точки О - это физическая величина, определя емая векторным произведением L=[r*P], где r – радиус-вектор, P=mυ – импульс материальной точки. Момент импульса относительно неподви жной оси Z - это скалярная величина L_Z, равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определенного относительно произвольной точки на данной оси. Значение момента импульса L_Z не зависит от положения точки О на оси Z.

 

Сила упругости. Закон Гука.

Неупругая деформация неисчезает после снятия нагрузки и сопровождается изменением внутренней энергии тела.

Упругая деформация-если после снятия нагрузки,деформация исчезает и тело возвращается в прежнюю форму.Сила возвращающая тело в прежнюю формуназыв силой упругости.

Сила упругости пропорц-на созданной в теле деформации F=-kx

При растяжении x>0 dA=Fdx=kd(x*x\2)

Зависимость потенциальной энергии деформации V(x)=∫dA=(kxx\2)+c

Закон Гука (для других деформаций): относительная деформация пропорциональна напряжению. σ = Еξ, где Е – модуль Юнга (определяется напряжением, вызы вающим относительное удлинение, равное 1). ξ= σ /E=Δℓ/ℓ=F/ES, где S – поперечное сечение, F=ES Δℓ/ℓ=kΔℓ, ℓ - первоначальная длина, Δℓ - удлинен ие. Закон Гука: абсолютное удлинение (Δℓ) тела при упругой деформации пропорциональны де йствующей на тело силе. Все эти деформации могут быть сведены к одновременно происходя щим деформациям сжатия, растяжения и сдви га. Относительная деформация ξ – количествен ная мера, характеризующая степень деформа ции и определяемая: ξ=ℓ/Δℓ.

Момент силы.

Длительность события.

Пусть в сис-ме К^’ в одной и той же точке с коор-ой x^’ происх-т событие начало к-ого прих-ся на момент времени t₁^’, а конец на t₂^’. ^t= t₂^’ -t_1. ^’ В сис-ме К ^ t= t₂ -t₁ ^t=^t^’/(1-v²/c²)^1/2 Время, отсчитанное по часам дв-ся вместе с телом наз-ся собственным временем тела. Собственное время меньше времени, отсчитанного по часам, дв-ся относ-но тела.

 

Интервал между событиями.

^ l=(^x²+^y²+^z²)^1/2 – интервал между точкой в класс-ой мех-ке, не зависит от СО(инвариантна)

^S=(c²^t²-^x²-^y²-^z²)^1/2 – расстояние или интервал между 2 точками. Не зависит от выбора инерц-ой СО.

 

32.Преобразовани е и сложение скоростей в релятивистской механики.

Ф-лы преобразования скор-ей при переходе от одной СО к другой. Если V₀<=c,то

V^’ x=(V_x-V₀)/(1-V₀V_x/c²) V^’ y=V_y(1-V₀²/c₀²)^1/2/(1-V₀V_x/c²) V^’ z=V_z(1-V₀²/c₀²)^1/2/(1-V₀V_x/c²)

Если тело дв-ся параллельно оси x. V^’=(V^’+V₀)/(1+V₀V^’/c²), Если V=c, то V=(c+V₀)/(1+V₀c/c²)=c

Распределение Больцмана.

M=m₀N_A; R=kN_A; p(z)= p₀l^-gM/RT*z=p₀l^-E(z)/kT En(z)- пот-ая эн-ия одной мол-лы газа в рассм-ом однор-ом поле тяготения. p=nkT. n(z)=n₀l^-E(z)/kT –распред-ие Больцмана (завис-ть конц-ии от высоты). Она позв-т рассч-ть конц-ию газа, нах-ся в равновесном сос-ии во вн-ем силовом поле.

 

Основные понятия молекулярной физики.

Мол-ая физика - раздел физики, изуч-ий физ-ие св-ва тел на основе исслед-ия их микроскоп-о, мол-о строения. Молекула – наимен-ая уст-ая част-а в-ва, облад-ая его основными хим-и, физ-и св-ами.Состоит из атомов, связ-ых валентными эл-ами. Относ-ая атом-ая масса – отношение массы атома этого эл-а к 1/12 массы атома углерода. Моль – число граммов в-ва равное массе этого в-ва. Молярная масса – масса одного моля в-ва. Число Авагадро – число молекул, соед-ся в одном моле разных в-в одинаково.

 

Основные положения МКТ.

1)все тела сост-т из мельч-их частиц атомов или мол-л, т. е. имеют дискретное строение, мол-ы разделены промежутками. 2)мол-ы нах-ся в непрер-ом хаотич-ом дв-ии. 3)между мол-и тела сущ-ют силы взаимодействия.

 

Макро – и микросотояния

Макрос-ие – состояние макроск-ого тела, к-ое может быть задано с помощью объема, давл-я, тем-ры, вн-ей эн-ии и др. макр-их величин. микрос-ие – сост-ие макроск-ого тела, охар-ое настолько подробно, что оказ-ся зад-ыми сост-ия всех образ-их тел мол-л.

 

Барометрическая формула.

Если на си-му не действуют внешние силы и она нах-ся в сост-ии терм-ого равновесия, то конц-ия микроч-ц будет один-ва во всех точках сис-мы. Если прис-т вн-ее силовое поле, то конц-ия в разных точках прост-ва стан-ся разной, при этом сост-ие терм-о равн-ия сохр-ся. Ид-ый газ во внешнем грав-ом поле. 1) Тем-ра газа во всех т-ах один-ва. 2) Любой беск-о малый объем газа нах-ся в сост-ии мех-о равн-ия. 3)Гравит-ое поле однородно. p=p₀l^-gM/RT*z-бар-ая ф-ла. p₀- давление на уровне Земли. z- высота от Земли. Бар-ая ф-ла позволяет рассч-ть зав-ть атмос-ого давления от высоты в случае если тем-ра атм-ры пост-на, а грав-ое поле одн-но.

 

 

Статистический вес.

Статист-ий вес состояния сис-мы - это число способов, к-ыми может быть реализовано данное сост-ие сис-мы. Стат-ие веса всех возможных сост-ий сис-мы опред-т ее энтропию.

Круговые процессы.

Круговые процессы – процесс при котором система, пройдя ряд состояний возвращается в исходное. Прямые и обратные циклы. На диаграм ме процессов цикл изобр. замкнутой кривой. Цик лы можно разбить на процессы расширения и сжа тия. Работа за цикл определяется площадью замк нутой кривой. Если работа за цикл > 0, то цикл назы вается прямым, если меньше нуля – обратный. Термический КПД для кругового процесса. Из пер вого начала термодин. для круг. процесса: бА = dA;

Q=A;Q=Q1-Q2; Q1-кол-вр теплоты пол. системой Q2-кол-во теплоты отдан.с-ме; ɳ=A/Q=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1; ɳ<1 Обратимые и необратимые процессы

Обратимый процесс, кот. может проходить как в прямом так и в обратном направлении. Если такой процесс происходит с начала в прям., а затем в обрат. направл. и система возвр. в исходное сост., то в этой системе в окружающих телах ничего не изменится. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям называется необратимым. Энтро пия. Приведённое кол-во теплоты – это отношение теплоты полученное в изотермическом процессе к Т теплоотдающего тела.

dP/dT =L/T(V2-V1). Оно определяет метод расчета равновесия 2-ух фаз одного в-ства. P–равновесное давление, L-теплота фазового перехода,V2-V1 –изменение обьема,Т -температура перехода.

Анализ экспериментальной диаграммы состояния. --На основании экспериментальной диаграммы состояния можно судить в каком состоянии нахо дится вещество при изменении Р и Т и какие фазо вые переходы будут происходить Фазовые перехды.

Фаза – т.д. равновесное состояние в-ства отличного по физическим с-ствам от других возможных рав новесных состояний этого же в-ства. Фазовый пере ход связан с качественным изменением в-ства—пе реход из одной модификации в другую – углерод, алмаз. Фазовый переход первого рода – переход сопровождающийся погщением или выделением тепла. Фазовый переход 2-го рода не связан с пог лощением или выделением тепла или изменением объема (переход ферромагнитных в-ств Fe или Ni в паромагнитное состояние). (переход Ме и спла вов при Т= -273 ⁰ К характеризуется скачкообразным уменьшением сопротивлением до 0.

КПД тепловой машины.

КПД тепловой машины не зависит от вида рабочего тела, а только от температуры нагревателя, холодильника.

 

Цикл Карно. Работа в цикле.

A12=m/M R T1 lnV2/V1=QA23= -m/M Cv (T2-T1)

A34=m/M R T2 lnV2/V1= -Q2A41= -m/M Cv(T1-T1)= -A2 Это наиболее эффективный процесс, состоящий из двух изотерм и двух изобар. На учас тке 1-2 происходит изотермическое расширение, т.е V2>V1, а работа его равна А1-2. Работа за весь цикл: A=A12+A23+A34+A41=Q1-Q2 Работа опреде ляется площадью ограничен. рассмат.изотермами и адиобатами. ɳ=(Q1-Q2)/Q1=(T1-T2)/T1 Реальные газы. Жидкости.

57. Тепловые двигатели. Холодильники.

Тепловой двигатель, принцип работы и принцип карно.

Вечный двигатель второго рода – периодически действующий двигатель, совершающий работу за счёт получения теплоты извне. Принцип работы от термостата с более высокой температурой Т1 называется нагревателем, за цикл отнимается кол-во теплоты Q1, а термостату с более низкой темп. Т2, называемому холодильником, за цикл пере даётся кол-во теплоты Q2, при этом совершается работа: A=Q1-Q2ɳ=A/Q1=1-Q2/Q1 Чтобы был ра вен 1, необходимо, чтобы Q2 = 0 (тепловой двига тель должен иметь один источник теплоты). Корно показал, что для работы теплового двигателя необ ходимо не менее 2-х источн. тепла с различным Т.

Термостат – это термодинамическая система, ко торая может обмениваться теплотой с окружающи ми телами без изменения своей температуры.

Теорема Корно: Из всех периодически действую щих тепловых машин, имеющих одинаковую тепло ту нагревателя Т1 и холодильника Т2 наибольшая обладают обратимые машины. При этом обрати мые машины работающие при одинаковых Т1, Т2 раны друг другу, и не зависят от природы рабочего тела.

 

Холодильные машины.

Холодильная машина – это периодически действующая установка, в которой за счёт работы внешних сил, теплота передаётся от менее нагре тых тел к более. Принцип работы: система изоцик ла термостат с более низкой Т2 отнимается кол-во теплоты Q2 и отдаётся термостату с более высокой температурой Т1 количество теплоты Q1. Для кругового процесса: Q=A;Q=Q2-Q1;Q2-Q1= - A

Т.е. кол-во теплоты Q1, отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре Т1 больше кол-ва теплоты Q2, полученного от исто чника теплоты с меньшим Т2 на величину работы совершённую над системой. Без совершения ра боты нельзя отбирать тепло от менее нагретого тела к более нагретому. Эффективность холо дильной машины характеризуется холодильным коэффициентом: ɳ=Q2/A=Q2/(Q1-Q2)цикл Карно

Теорема Карно.

Явление переноса.

Беспоряд-ое тепл-е дв-ие мол-л и непрер-ые столкн-ия между ними приводят к тому, что мол-ы медленно переем-ся из одной точки прост-ва в др-ю. В рез-те столкн-ия изм-ся вел-ы и направления ск-ей мол-л, что приводит к передаче импульса и эн-ии. По этой причине в бес-о малых объемах отд-ых уч-ов газовой среды возн-ют флуктуации плотности, тем-ры и давления, к-ые практ-и мгновенно исч-ют, если эти неоднородности вызваны пост-им источ-ом и носят пост-ий хар-р, то хаот-ое дв-ие мол-л стрем-ся их ликвид-ть. При этом в газе возникают особые процессы, к-ые наз-ся явлениями переноса. К ним относ-ся: 1)диффузия, 2)теплопроводность, 3) внутреннее трение.

 

Теплопроводность.

Теплопров-ть - это явление закл-ся в переносе теплоты от более горячего слоя с темп-ой T₁ к более хол-ому с тем-ой Т₂. Закон тепл-ти Фурье: Кол-во теплоты ^Q перен-ое через эл-т площади ^S за время ^t выр-ся ^Q=- dT/dx^S^t. Тепл-ым потоком через пов-ть ^S ориент-ую перп-но направ-ию теплопер-са наз-ся вел-а, численно равная кол-ву теплоты перен-му через площадку ^S в единицу времени q=^Q/^t=- dT/dx^S. Плотность тепл-о потока – j_q=- dT/dx. Из МКТ получаем =1.3<V><l>pC_V

 

Свойства реальных газов.

Реальные газы отл-ся от ид-ых тем,что мол-ы этих газов имеют объемы и связаны между собой сил-и взаим-ия, к-ые умен-ся с увел-ем раст-ия между мол-и. Для реальных газов ур-ие Менд-ва-Клап-на не выпол-ся. Вводится обоб-ое ур-ие pV=Z_rm/MRT z_r- коэф-т сжимаемости газа. Вел-а коэф-а сжимаемости выраж-т отклонение св-в реал-го газа от ид-ого. В зависимости от давл-ия и тем-ры может быть больше или меньше 1, при малых давл-ях и выс-их тем-ах стрем-ся к 1, тогда реал-ые газы можно рас-ть как ид-ые.

 

Смачивание. Капилярность.

Вблизи границы между жид-ю, тв-ым телом и газом форма св-ой пов-ти жид-и зависит от сил взаимод-ия мол-л жид-и с мол-и тв-ого тела. Взаим-ем с мол-и газа можно прин-чь если эти силы превышают силы взаим-ия между мол-и самой жид-и, жид-ть смач-т пов-ть тв-о тела. Если силы взаим-ия между мол-и жид-и превосх-т силы их взаим-ия с мол-и тв-о тела краевой угол оказ-ся тупым, в этом случае жид-ть не смач-т пов-ть тв-о тела. При полном смач-ии краевой угол =0, при полном не смач-ии=180

 

Капилярные явления.

Капил-ые явл-ия - подъем или опускание жид-и в трубках малого диаметра в капиллярах. Смач-ие жид-ти подн-ся по кап-ам, не смач-ся опус-ся. Подъем жид-и в капилляре прод-ся до тех пор, пока сила тяжести, дейст-ая на столб жид-и в кап-ре не уравновесит результ-ую силу пов-ого нат-ия, дейст-ую в доль границы соприк-ия жид-и с пов-ю кап-ра F_Н=F_t; Ft=mg= ghПr²; F_Н= 2Пrcos

h=2 cos / gr

 

Системы единиц измерения физических величин.

Измерение-с равнение с эталоном.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, величины, по определению считающиеся равными единице при измерении других величин такого же рода. Эталон единицы измерения – ее физическая реализация. Так, эталоном единицы измерения «метр» служит стержень. Метр – это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды. Это определение было принято в октябре 1983.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда – продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Радиан – плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.ень длиной 1 м.равнение с эталоном.