Законы сохранения в механике.

Импульс тела (количество движения) – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения; равна произведению массы тела на его скорость:  P – импульс тела массой m, движущегося со .

Импульс силы – векторная физическая величина, являющаяся мерой действия силы за некоторый промежуток времени. , – импульс силы за время t, . Импульс силы равен изменению импульса тела.

Закон сохранения импульса: . «Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых движениях и взаимодействиях тел системы».

Работа A постоянной силы F, направленной под углом к перемещению s, равна , (джоуль). Если =0, то .

Мощность – физическая величина численно равная работе, совершаемой в единицу времени: , . При равномерном движении со скоростью  под действием постоянной силы мощность .     

Кинетическая энергия – это энергия движущегося тела:

Теорема о кинетической энергии тела: А=Е_к2–Е_к1. Работа сил, приложенных к телу равна изменению кинетической энергии

Потенциальная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием тел или частей одного тела. Е_р=mgh – потенциальная энергия тела, поднятого на высоту. - потенциальная энергия сжатой и растянутой пружины. Работа равна изменению потенциальной энергии взятой с противоположным знаком

Закон сохранения энергии: полная механическая энергия замкнутой системы, в которой действуют только потенциальные силы (т.е. силы упругости и тяготения), не изменяется. Е_к1+Е_р1=Е_к2+ Е_р2

Коэффициент полезного действия (КПД) , где А_П – полезная работа, А_З – затраченная работа.

Алгоритм решения задач на законы сохранения импульса и энергии.

1. Выберите систему тел.
2. Выберите 2 (или больше) состояний этой системы до и после взаимодействия.
3. Запишите выражение для импульса или энергии системы этих состояний.
4. Уясните, является ли эта система замкнутой.
5. Выберите систему отсчёта.
6. Найдите изменение импульса или энергии.
7. Приравняйте выражение а) 0, если система замкнута; б) импульсу (работе) внешних сил, если система не замкнута.
8. Найдите неизвестную величину.

Примеры решения задач.

1. Стоящий на льду человек массой 60 кг ловит мяч массой 0,5 кг, который летит горизонтально со скоростью 20 м/с. С какой скоростью человек начнет скользить по льду?

Решение: Запишем закон сохранения импульса в проекциях на ось ОХ: .                            Ответ: 0,165 м/с.

2. Какую работу нужно совершить для равномерного перемещения по горизонтальной поверхности на расстояние 500 м тела массой 200 кг? Считать, что направление действующей силы совпадает с направлением движения, а коэффициент трения равен 0,02.

Решение: , т.к. движение равномерное, то .                              Ответ: 2^.10⁴Дж.

3. Тело массой 0,5 кг, брошенное вертикально вверх со скоростью 20 м/с, поднялось на высоту 15 м. Определите работу силы сопротивления воздуха.

Решение: При подъёме тела на максимальную высоту кинетическая энергия расходуется на преодоление сил сопротивления и переход в потенциальную энергию: . Ответ: 25Дж

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.

Колебаниями в механике называют движение тела, которое точно или приблизительно точно повторяется через одинаковые промежутки времени.

Механическим колебаниями называются такие движения тел, при которых через равные интервалы времени координаты движущегося тела, его скорость и ускорение принимают исходные значения.

Механические колебания, которые происходят под действием силы, пропорциональной смещению и направленной противоположно ему, являются гармоническими колебаниями.

Свободными называются колебания, которые после возбуждения происходят без внешних воздействий.

Вынужденными называются колебания, совершаемые телом под действием внешней, периодически изменяющейся силы.

Условия возникновения свободных колебаний:

1) система должна находиться вблизи положения устойчивого равновесия;

2) силы трения или силы сопротивления должны быть достаточно малыми.

Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты колебаний вынужденной силы и собственной частоты колебательной системы.

Основные величины, характеризующие колебательное движение:

Период колебаний – минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения. – обозначение периода колебаний,  (секунда) – единица измерения; , где – время, – число колебаний.

Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени.

–обозначение частоты, 1 Гц (герц) =1 с^-1 – единица измерения. , .

Один оборот по окружности называют циклом. Циклическая частота колебаний есть число колебаний, совершаемых за  секунд. – обозначение циклической частоты , .

X – смещение (м) – произвольное отклонение тела от положения равновесия.

Амплитудой колебания А (м) называется наибольшее по модулю смещение тела от положения равновесия.

Графическое представление:

Гармонические колебания описываются формулами:

, где – фаза колебаний, – начальная фаза.

Полная механическая энергия системы равна сумме кинетической и потенциальной энергии: .

В состоянии наибольшего отклонения тела от положения равновесия: .

В положении равновесия: .

Математическим маятником называют материальную точку, подвешенную на длинной, невесомой, нерастяжимой нити.

Основные законы математического маятника:

1. Период математического маятника не зависит от массы груза.

2. Период математического маятника не зависит от амплитуды колебаний. , где – длина нити маятника, g– ускорение свободного падения.

Пружинный маятник – это простейшая колебательная система, состоящая из груза, прикрепленного к пружине.

Период пружинного маятника зависит только от массы груза и жесткости пружины. , где  – масса груза; – жесткость пружины.

Электромагнитные колебания.

Периодическое изменение заряда, тока, напряжения, электрического и магнитного поля называют электромагнитными колебаниями.

Колебательным контуром является цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности, позволяющая получать электромагнитные колебания.

Свободными электромагнитными колебаниями называются периодически повторяющиеся изменения силы тока в катушке и напряжения между обкладками конденсатора без потребления внешней энергии.

Формула Томсона: , где – индуктивность (Гн (генри)); – емкость конденсатора (Ф (фарад)), позволяет рассчитать период электромагнитных колебаний.

Волны

Волн a – это процессраспространения колебаний частиц среды в пространстве со временем. Волна передает энергию без переноса вещества.

Поперечной волной называются волны, в которых колебания происходят перпендикулярно к направлению их распространения.

Продольной волной называются волны, в которых колебания происходят вдоль направления их распространения.

Поперечные упругие волны возникают только в твердых телах.

Продольные волны возникают в любой газообразной среде, а также в жидкостях и твердых телах.

Длиной волны называется кратчайшее расстояние между двумя ближайшими частицами в волне, колеблющимися одинаково и имеющими одинаковые направления и отклонения от положения равновесия. – обозначение длины волны,

Скорость волны – физическая величина, равная отношению длины волны к периоду колебаний ее частиц.  или .

Электромагнитной волной называется процесс распространения переменного электромагнитного поля в пространстве или процесс распространения периодически изменяющейся напряженности электрического поля и неразрывно связанной с ней периодически изменяющейся индукцией магнитного поля .

Электромагнитная волна может распространяться и в вакууме.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна: с=3^.10⁸ м/с – скорость света.

Скорость распространения электромагнитных волн в веществе меньше, чем в вакууме: , т.к. , n – показатель преломления среды.

Длина электромагнитной волны в вакууме вычисляется по формуле: .

Длина электромагнитной волны в вещественной среде: .

Звук – продольная механическая волна в среде. Частота колебаний частиц в среде находиться в диапазоне от 20 до 20000 Гц. Скорость звука не зависит от амплитуды колебаний. Колебания частотой меньше 20 Гц называются инфразвуком. Колебания частотой больше 20000 Гц называются ультразвуком.

Музыкальными звуками называются звуки, издаваемые камертоном или другими гармонически колеблющимися телами.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний звучащего тела.

Высота тона определяется частотой колебаний.

Тембр – это качество звука, зависящее от состава звука.

Шум – это сочетание беспорядочных звуков различной частоты.

Эхо – это звуковая волна, отраженная какой-либо преградой и возвратившаяся в то же место, откуда она начала распространяться. Скорость звука в воздухе равна 340м/с.

Примеры решения задач

1. На рисунке представлен график зависимости смещения тела х от времени t при механических колебаниях. Определите по графику амплитуду, частоту и период колебаний.

2. Колебание груза на пружине описывается уравнением . Определите амплитуду, период и частоту колебаний.

Решение: . Так как

Ответ: 0,1 м; 4 с; 0,25 Гц.

3. Материальная точка колеблется с частотой 10 кГц. Определите период и число колебаний в минуту.

Решение: .

Ответ: 10^-4с; 6^.10⁵

4. Подводная лодка всплыла на расстоянии =100м от берега, вызвав волны на поверхности воды. Волны дошли до берега за t₁=20с, причем за последующие t₂=15с было N=30 всплесков волн о берег. Каково расстояние между гребнями соседних волн?

Решение: . Так как и .

Ответ: 2,5 м

5. На каком расстоянии от отвесной скалы находится человек, если, хлопнув в ладоши, он через 1с услышал эхо хлопка?

Решение: .                                      Ответ: 170 м.

6. Какую индуктивность надо включить в колебательный контур, чтобы при емкости 2 мкФ получить частоту 1000 Гц?

Решение: Так как .

Ответ: 12,67 мГн

 

МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.

Плотность вещества ρ – это величина, определяемая отношением массы тела m к его объему V: . Единицы измерения плотности [ ρ ] =1 кг/м ³ или [ ρ ]= 1г/см³ .

  Давление р – величина, равная отношению модуля силы F, действующей нормально к поверхности, к площади S этой поверхности:

Единицы измерения давления – паскаль – Н/м²=1Па

Закон Паскаля: оказываемое внешними силами давление передается жидкостью или газом одинаково во все стороны.

В сообщающихся сосудах однородная по плотности жидкость устанавливается на одном уровне (следствие из закона Паскаля). Если в каждое колено сообщающихся сосудов налить разные по плотности жидкости, то справедливо следующее утверждение: высота столбов разнородных жидкостей обратно пропорциональна их плотности

В гидравлическом прессе по закону Паскаля на все поршни действует одинаковое давление. Из этого следует, что силы, действующие на поршни, относятся друг к другу как площади поршней, т.е. как квадраты диаметров поршней: или

Давление столба жидкости обусловлено его собственным весом. Для несжимаемой жидкости p = ρgh, где ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h - высота столба жидкости. Давление на данной глубине не зависит от формы столба жидкости.

Гидростатическое давление – это суммарное давление, обусловленное весом столба жидкости ρgh, и давлением ρ₀ на ее свободную поверхность: p= ρ₀ + ρgh, =760 мм рт. ст.- нормальное атмосферное давление.

Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и по модулю равная весу вытесненной жидкости (газа): F_a=V_п ρg, где V_п – объем погруженной части тела, ρ – плотность жидкости (газа), g=9,8 м/с².

Условия плавания тел:

• Если плотность тела больше плотности жидкости, в которой оно находится, то тело утонет
• Если плотность тела меньше плотности жидкости, в которой оно находится, то тело будет плавать на поверхности жидкости
• Если плотность тела соизмерима с плотностью жидкости, в которой оно находится, то тело будет плавать в любом месте жидкости.

Соответственно данные условия можно записать и для действующих на тело сил:

• Если сила тяжести, действующая на тело больше силы Архимеда – тело тонет
• Если сила тяжести, действующая на тело меньше силы Архимеда – тело плавает на поверхности жидкости
• Если сила тяжести, действующая на тело соизмерима с силой Архимеда – тело будет плавать в любом месте жидкости.

Примеры решения задач.

1. Площадь меньшего поршня гидравлического пресса равна 10 см², на него действует сила 300 Н. Площадь большего поршня 300 см². Определите силу, которая действует на больший поршень, если жидкость находится в равновесии.

Решение: В гидравлическом прессе                                    Ответ: 9^.10³Н

1. Какой высоты слой керосина оказывает давление 4^.10³ Па (плотность керосина 800кг/м³)?

Решение: Из формулы расчёта давления жидкости , выразим высоту столба керосина .                        Ответ: 0,5м.                                                                                                 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МКТ.

1. Любое тело называем физическим телом.
2. Вещество – то, из чего состоит физическое тело.
3. Вещество состоит из молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Меньше молекулы в природе вещества нет.
4. Молекулы состоят из атомов. Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая свойства этого элемента.
5. Размеры молекул и атомов простых веществ ничтожно малы. Если увеличить атом до размера яблока, то яблоко нужно увеличить до размеров Земли.
6. Молекулы и атомы находятся в вечном и непрерывном движении. Об этом свидетельствуют явление диффузии и броуновское движение.
7. Диффузия – явление проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого. Наиболее интенсивно диффузия происходит в газах. Вспомните распространение запахов или почему дым «тает» в воздухе. Менее – в жидкостях (засолка овощей) и очень медленно в твердых телах.
8. Броуновское движение – это движение частицы, состоящей из множества молекул, под действием нескомпенсированного удара молекул окружающей среды. По этой причине медленно оседает пыль в воздухе или отстаиваются сливки на молоке.
9. Скорость движения молекул зависит от температуры.

Этим объясняются следующие вопросы: почему нам тепло в натопленной комнате, почему быструю засолку овощей проводят в горячем рассоле.

1. Между молекулами и атомами есть промежутки. Это подтверждают явления диффузии и следующий факт: 100 мл спирта + 100 мл воды = 198 мл смеси, а также сжатие газов.
2. Между атомами и молекулами одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. Эти силы действуют на расстояниях, соизмеримых с размерами молекул и атомов. Например, при соединении двух кусочков пластилина молекулы подходят друг к другу на расстояния, при которых действуют силы притяжения, а кусочки разбитого стекла не слипаются при их соединении, так как расстояние между молекулами остаются большими, соответственно силы притяжения между ними чрезвычайно малы.Этим объясняется и опыт с цилиндриками, которые сделаны из пластичного материала – свинца, а поверхности идеально отшлифованы.

При кристаллизации, то есть при превращении жидкого состояния в твердое, молекулы или атомы подходят друг к другу на такие расстояния, при которых сила притяжения равна силе отталкивания. Это расстояние называется равновесным. Если тело сжимают, то это равновесное расстояние уменьшается и сила отталкивания превосходит силу притяжения, упругие силы, возникающие при этом, после снятия нагрузки возвращают тело в первоначальное состояние. При растяжении увеличиваются равновесные расстояния, и силы притяжения превосходят силы отталкивания.

Теперь не составляет труда ответить на следующие вопросы: Почему для пайки металлов применяют припой? Почему трудно снять с ноги мокрый носок?

Почему пятна легче удалить сразу и трудно это сделать в последствии? Почему куют раскаленный металл? Почему гладят горячим утюгом?

Рассмотрим строение газов, жидкостей и твердых тел и их основные свойства.

Газы. Расстояние между атомами и молекулами в газах во много раз больше размеров молекул и атомов. Они с огромными скоростями (500 – 1000 м\с) движутся от одного удара до другого, сталкиваясь, разлетаются подобно бильярдным шарам. Силы притяжения между молекулами малы, поэтому они могут неограниченно расширяться и легко сжиматься. Не сохраняются ни форма, ни объем. Давление газа обусловлено ударами молекул о стенки сосуда.

Жидкости. Молекулы в жидкостях расположены почти вплотную друг к другу. Этим объясняется малая сжимаемость жидкости и сохранение объема. Молекулы жидкости, в основном, колеблются около положения равновесия, вместе с тем могут перемещаться. Этим объясняется текучесть жидкости, так как эти перемещения молекул совершаются в направлении действия внешней силы. Соответственно, жидкости не сохраняют форму.

Твердые тела. Атомы и молекулы в твердом теле занимают строго определенные положения, находясь в равновесном состоянии. Поэтому они сохраняют и форму, и объем. Если мысленно соединить центры положения равновесия атомов линиями, то получится пространственная кристаллическая решетка.

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.

1. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ. ТЕМПЕРАТУРА.

Беспорядочное и непрерывное движение частиц вещества называется тепловым движением.

Температура -это физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы тел. t-температура по шкале Цельсия [1⁰C], Т-температура по шкале Кельвина [1K]. T=t⁰C+273,15⁰C.

2. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ.

Внутренней энергией U тела называется сумма кинетической энергии K теплового движения всех частиц тела и потенциальной энергии П их взаимодействия. U=К+П        [U]=1Дж.

Внутреннюю энергию можно изменить при совершении механической работы или при теплопередаче.

Теплопередача – процесс изменения внутренней энергии без совершения работы самим телом.

3. ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ.

Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Процесс переноса тепла от более нагретых тел или участков тел к менее нагретым через взаимодействие частиц при их тепловом движении без переноса самого вещества называется теплопроводностью.

К хорошим проводникам тепла относятся все металлы, особенно медь и серебро.

Теплопроводность жидкостей невелика. Плохой теплопроводностью обладают газы, поэтому тела, содержащие много воздуха, являются хорошими теплоизоляторами. (Пух, мех, вата, снег, листья, пористый кирпич и т.д.)

Конвекция -вид передачи внутренней энергии механическим перемещением нагретых частей жидкостей и газов.

Примеры: обогрев помещения системой центрального отопления, проветривание помещения.

Способ передачи тепла от нагретого тела к окружающим его телам электромагнитными волнами без конвекционных потоков называется излучением.

Тела со светлой поверхностью плохо поглощают энергию излучения и медленно нагреваются и медленно остывают.

Чем выше температура излучающего тела, тем больше может изменятся его внутренняя энергия.

Энергия от Солнца к Земле передаётся при помощи излучения.

4. КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ.

Количеством теплоты (Q)–называется то изменение внутренней энергии тела, которое происходит при теплопередаче. [Q]=1Дж.

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг. на 1⁰С, называется удельной теплоёмкостью. с–удельная теплоёмкость. [c]=1Дж/кг⁰С.

Чтобы подсчитать количество теплоты необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоёмкость вещества умножить на массу m тела и на разность температур.

Q _н = cm (t ₂ - t ₁)= cm t, t₁-начальная температура (^оС), t₂-конечная температура (^оС), t – изменение температуры (^оС).

Если t₂-t₁›0 внутренняя энергия увеличивается и тело нагревается.

Если t₂-t₁‹0 внутренняя энергия уменьшается и тело охлаждается.

5. ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА.

Удельная теплота сгорания топлива q показывает, какое количество теплоты выделится при полном сгорании топлива массой 1 кг. q-удельная теплота сгорания топлива. [q]=1Дж/кг

Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива, равно произведению удельной теплоты сгорания на массу сгоревшего топлива. Q _сг = qm

6. ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ.

Плавление называется процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое.

Отвердеванием называется процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое.

Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления.

Температура, при которой вещество отвердевает, называется температурой отвердевания.

Вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся.

Примеры: вода замерзает при 0⁰С, лед плавится при 0⁰С., железо плавится и отвердевает при температуре1539⁰С.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить веществу массой 1 кг., находящемуся при температуре плавления для его перехода из твердого состояния в жидкое, называется удельной теплотой плавления.

 λ-удельная теплота плавления. [λ]=1 Дж/кг.

Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для плавления или отвердевания вещества массой m, взятого при его температуре плавления, нужно удельную теплоту плавления умножить на массу тела. Q _пл = λm

7.ПАРООБРАЗОВАНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ.

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, называется парообразованием.

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией.

Процесс парообразования, происходящий с поверхности тела, называется испарением.

Скорость испарения зависит:

-от температуры: чем выше температура, тем быстрее происходит испарение.

-от рода жидкостей: «летучие жидкости», такие, например, как бензин, ацетон, испаряются быстрее, чем вода или молоко.

-от площади свободной поверхности жидкости: чем больше площадь поверхности испаряющейся жидкости, тем быстрее происходит испарение. Вода, налитая в блюдце, испарится быстрее такого же количества воды находящегося в чашке.

-от концентрации пара над жидкостью: в ветреную погоду дождевые лужи высыхают быстрее.

Испаряться и превращаться в пар могут не только жидкости, но и твердые тела, минуя жидкое. Этот процесс называется сублимацией.

Примеры: испаряется лед, поэтому бельё высыхает и на морозе. Испаряется нафталин, поэтому мы чувствуем его запах.

8.КИПЕНИЕ. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ.

Кипением называется процесс парообразования, который происходит по всему объёму жидкости.

Температура кипения – это температура, при которой давление насыщенных паров жидкости равно наружному.

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления. На уровне моря температура кипения воды составляет примерно 100⁰С, а на вершине Эвереста – всего 72⁰С. При нормальном атмосферном давлении (10⁵ Па) температуры кипения у различных жидкостей различны.

Удельная теплота парообразования – это количество теплоты, которое затрачивается на испарении жидкости массой 1 кг при температуре кипения.

L – удельная теплота парообразования и конденсации. [L]=1Дж/кг.

Чтобы определить величину изменения внутренней энергии при парообразовании (конденсации), следует умножить удельную теплоту парообразования на массу жидкости, находящейся при температуре кипения. Q _пар = Lm

9.ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА.

Влажность – содержание водяных паров в воздухе.

Абсолютная влажность - количество пара, выраженное в килограммах и содержащееся в 1 м³ при данной температуре.

Относительная влажность - отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при данной температуре. φ=ρ/ρ₀*100%

Психрометр - прибор для измерения относительной влажности воздуха

(с греч. психрос - холодный). Он состоит из сухого и влажного термометров. По разности температур термометров составлена специальная психрометрическая таблица для определения влажности воздуха.

Влажность воздуха также можно измерить с помощью волосяного гигрометра и используя металлический гигрометр по точке росы.

Парциальное давление – это давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали.

Измерение влажности необходимо в полиграфических, ткацких, кондитерских, фармакологических и других производствах для осуществления правильного режима технологического процесса. Так же влажность воздуха всегда контролируют в космических кораблях, в барокамерах, в хранилищах и залах музеев.

10. РАБОТА ГАЗА ПРИ РАСШИРЕНИИ.

Термодинамический процесс - переход термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние.

Квазистатическими называют процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний.

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу А^΄. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу А= –А^΄. Работа газа выражается формулой: А = р^.∆V, где А - работа газа (Дж), р – давление газа (Па),

∆V=(V₂–V₁)–изменение объёма газа (м³)

11.ПЕРВОЕ И ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ТЕРМОДИНАМИКЕ.

∆ U = A ΄ + Q – Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними силами.

Q = ∆ U + A –Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершением работы над внешними телами (первый закон термодинамики).

Невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от единственного теплового резервуара (второй закон термодинамики по Кельвину).

Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии путём теплообмена от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой.(второй закон термодинамики по Клаузису)

Q_{1 +} Q₂  + … + Q_n = 0 - уравнение теплового баланса.

 

12.ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Тепловой двигатель –это устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

Виды тепловых двигателей: двигатель внутреннего сгорания (карбюраторный и дизельный), газовая и паровая турбины, реактивный двигатель.

  Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную работу.

,

Схема теплового двигателя

 

 

                           

                                  

                    

                                                               

КПД тепловой машины всегда меньше единицы (η<1) или 100%. Например: КПД карбюраторного двигателя порядка 30%, у дизельного двигателя порядка 40%.                      

13.ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА.

Использование тепловых двигателей пагубно влияет на состояние окружающей среды: в результате деятельности человека расходуется большое количество кислорода, при этом в атмосфере увеличивается содержание углекислого газа. Возникает так называемый «парниковый эффект», что приводит к глобальному потеплению климата планеты.

Кроме того, в атмосферу попадают в результате сжигания топлива оксиды серы и азота, которые при соединении с атмосферными водяными парами образуют капельки серной и азотной кислоты, в результате чего выпадают кислотные дожди.

Примеры решения задач.

1. На какую величину изменится внутренняя энергия кусочка льда масса 50г, имеющего температуру -15^оС при переходе в воду? (удельная теплоёмкость льда равна 2100 Дж/кг ^{. о}С, удельная теплота плавления льда равна 3,4^.10⁵ Дж/кг)

Решение: Лёд плавится при температуре 0^оС. Следовательно, лёд необходимо сначала нагреть до температуры плавления, подведя к нему количество теплоты . На плавление потребуется дополнительное количество теплоты . Тогда изменение внутренней кусочка льда определится суммой количеств теплоты, подводимых при его нагревании и плавлении: .                          

Ответ:18575 Дж.

1. Для образования пара из воды массой 0,8 кг потребовалось 1,84 МДж теплоты. Определить по этим данным удельную теплоту парообразования воды.

Решение: Из формулы расчёта количества теплоты необходимой для парообразования находим удельную теплоту парообразования: .                       Ответ: 2,3^.10⁶Дж/кг.

1. В идеальной тепловой машине за счёт 1000 Дж энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 280 К.

Решение: КПД тепловой машины находим по формуле . Также КПД можно рассчитать по формуле .                        Ответ: 30%, 400К.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ.

           Существуют два рода электрических зарядов – положительные и отрицательные. Положительными называются заряды, возникающие на стекле, потёртом о шёлк, отрицательными – возникающие на эбоните, потёртом о мех.

Одноимённые заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Носителями отрицательных зарядов в ат