Билет№9

Механической работой или просто работой по­стоянной силы на перемещении называется скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы, мо­дуля перемещения и косинуса угла между этими векторами.

Если работу обозначить буквой А, то по определению

Работа любой постоянной силы обладает следующими двумя свойствами:

1. Работа постоянной силы на любой замкнутой траек­тории всегда равна нулю.

2. Работа постоянной силы, совершаемая при перемещении частицы из одной точки в другую, не зависит от формы тра­ектории, соединяющей эти точки.

По формуле можно находить работу лишь посто­яннойсилы. Если же действующая на тело сила меняется от точки к точке, то работа на всей территории определяется по формуле:

Когда какой-либо механизм совершает работу, надо отличать полную работу от полезной, т. е. от той работы, ради которой и используется данное устройство (механизм).

Коэффициент полезного действия равен:

Мощность – есть величина равная скалярному произведению силы на скорость точки ее приложения.

Когда работа совершается моментом силы, приложенной к телу, вращающемуся относительно оси Oz угловой скоростью ω, мощность равна:

Силовым полем наз. область пространства, в которой на помещенную туда материальную точку, действует сила, зависящая от координат и от времени.

Поле, остающееся постоянным во времени называется стационарным. Для стационарного поля может оказаться, что работа, совершаемая над частицей силами поля, зависит лишь от начального и конечного положений частицы и не зависит от пути, по которому двигалась частица. Силы, обладающие таким свойством, называются консервативными. Поле консервативных сил наз. потенциальным.

Центральной наз. сила, линия действия которой во всех положениях проходит через некоторую точку, наз. центром силы. Работа консерв. сил по замкнутому контуру равна нулю.

9.2) Q=DU+A.(4)Уравнение (4) выражает ПНТ: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил. Для бесконечно малых процессов выражение (4) записывают в дифференциальной форме dQ=dU+dA или в более корректной форме ,(5)поскольку только dU является полным дифференциалом, а dQ и dА полными дифференциалами не являются. Если система периодически возвращается в первоначальное состояние, то изменение ее внутренней энергии DU=0. Тогда, согласно (4) А= Q, т.е. вечный двигатель первого рода, который совершал бы большую работу, чем сообщенная ему извне энергия, не возможен. Это одна из формулировок первого начала термодинамики. 7. Применение ПНТ к изопроцессам.1. Изохорический процесс. Для него V=const. Диаграмма этого процесса (изохора) изображена на рис.3. Процесс 1-2 соответствует нагреванию, а процесс 2-1 - охлаждению газа. При изохорическом процессе газ не совершает работы: =0 и вся теплота, сообщаемая газу, идет на увеличение его внутренней энергии, т.е. dQ=dU. (11) Согласно формуле (3) для произвольной массы газа и поэтому , (13)Таким образом, . (14) 7.2.Изобарический процессДля него P=const. Диаграмма этого процесса (изобара) изображена на рис.4. Практически он осуществляется, например, при нагревании (процесс 1-2) или охлаждении (процесс 2-1) газа, находящегося в цилиндре с подвижным поршнем, на который действует постоянное внешнее давление. Учитывая, что для произвольной массы газа U=(i/2)nRT, PV=nRT (16)Выражение называется уравнением Майера; оно показывает, что C_P всегда больше C_V на величину универсальной газовой постоянной R. Это объясняется тем, что для нагревания газа при постоянном давлении требуется еще дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа.Таким образом, физический смысл универсальной газовой постоянной R: она численно равна работе, совершаемой одним молем идеального газа при его изобарическом нагревании на 1 К.С учетом (16) первое начало термодинамики для изобарического процесса имеет вид , (18)кроме того, , . .3. Изотермический процесс Для него Т-const. Например, процессы кипения, конденсации, плавления и кристаллизации химически чистых веществ происходят при постоянной температуре, если внешнее давление постоянно. Дл идеального газа при Т=const выполняется закон Бойля-Мариотта PV=const. Диаграмма изотермического процесса (изотерма) изображена на рис.5. Процесс 1-2 соответствует нагреванию газа, а процесс 2-1 - охлаждению его. Внутренняя энергия идеального газа в изотермическом процессе не изменяется,

Билет №10.

1) В современной физике различают 4 вида взаимодействий: 1)Гравитационное (или всемирное тяготение) 2)Электромагнитное (осущ. через электрич. или магнитные поля) 3) сильное или ядерное (обеспечивающее связь между частицами в ядрах) 4)слабое (ответственное за многие процессы распада элементарных частиц). Гравитационные и электромагнитные силы являются фундаментальными – их нельзя свести к другим, более простым силам. Упругие же силы и силы трения не являются фундаментальными.

Всякое тело под действием приложенных сил деформируется, то есть изменяет свои размеры и форму. Если после прекращения действия сил, тело принимает первоначальные размеры и форму, деформация называется упругой. Упругая деформация наблюдается в том случае, если сила, обусловившая деформацию, не превосходит некоторый, определённого для каждого тела предел(предел упругости) F=kΔl k-коэффициент жёсткости. данное соотношение выражает закон Гука для стержня. этот закон выполняется только до тех пор, пока не достигается предел упругости.Рассмотрим систему из двух электрически нейтральных частиц m1 и m2, удалённых друг от друга на расстояние r. Вследствие всемирного тяготения эти частицы притягивают друг друга F=γm1m2/r² - Гравитационная сила. Гравитацией называется универсальное взаимодействие между любыми видами материи. Закон всемирного тяготения гласит, что материальные точки с массами m1и m2 притягивают друг друга с силой, прямопропорциональной массам этих точек, и обратно пропорц. Квадрату расстояния между ними F=Gm1m2/r² G-гравитационная постоянная. Эквивалентности принцип, Суть Э. п. состоит в следующем. В поле тяготения все тела движутся с одинаковым ускорением, независимо от их массы и других свойств (закон Галилея). Однако в отсутствие поля тяготения, при наблюдении из ускоренной системы отсчёта (например, из ракеты, летящей с ускорением под действием двигателя) все тела, движущиеся по инерции, также имеют одинаковое ускорение по отношению к этой системе отсчёта.

Силы трения Они появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении тел называется внешним трением; если при этом нет смазки, то трение называют сухим. Формула, определяющая силу трения: F=k*N, где N - прижимающая сила. k - коэффициент, значение которого находят экспериментальным путем. Различают вязкое трение, сухое трение, трение качения, трение покоя и для каждого находят свой коэффициент. Обычно для пары трущихся поверхностей определяют коэффициент трения покоя и трения скольжения, чтобы можно было вычислить силу для страгивания с места и силу трения при движении. В большинстве случаев сила трения скольжения не зависит от скорости, в определенных пределах. Но в действительности этот коэффициент может изменяться в зависимости от скорости, прижимающей силы, температуры и других условий. Для решения теоретических задач просто считают коэффициент постоянной величиной.

2) Первое начало термодинамики, один из двух основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для систем, в которых существенное значение имеют тепловые процессы. Согласно П. н. т., термодинамическая система (например, пар в тепловой машине) может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии. П. н. т. часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

При сообщении термодинамической системе некоторого количества теплоты Q в общем случае происходит изменение внутренней энергии системы D U и система совершает работу А: Q = D U + A (1)

Уравнение (1), выражающее П. н. т., является определением изменения внутренней энергии системы (D U), так как Q и А — независимо измеряемые величины.

Внутреннюю энергию системы U можно, в частности, найти, измеряя работу системы в адиабатном процессе (то есть при Q = 0): А _ад = — D U, что определяет U с точностью до некоторой аддитивной постоянной U₀:

U = U + U₀ (2)

П. н. т. утверждает, что U является функцией состояния системы, то есть каждое состояние термодинамической системы характеризуется определённым значением U, независимо от того, каким путём система приведена в данное состояние (в то время как значения Q и А зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы). При исследовании термодинамических свойств физической систем П. н. т. обычно применяется совместно со вторым началом термодинамики. Адиабатный процесс, процесс, происходящий в физической системе без теплообмена с окружающей средой. А. п. можно осуществить в системе, окруженной теплоизолирующей (адиабатной) оболочкой. Пример такого А. п. — рабочий такт тепловой машины, при котором газ (пар) расширяется в цилиндре с теплоизолирующими стенками и поршнем, при отсутствии необратимых превращений работы трения в теплоту.

А. п. могут протекать обратимо и необратимо. Адиабата - линия, изображающая на любой термодинамической диаграмме равновесный адиабатный процесс (т. е. процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой). А. имеет простейший вид для идеальных газов. Уравнение А. в этом случае: pu g = const ., где р — давление газа, u — его удельный объём, g — показатель адиабаты, постоянная для данного газа величина, равная отношению теплоёмкостей газа, определённых при постоянном давлении (c_p) и постоянном объёме (c_u);

Политропный процесс термодинамический процесс, характеризующийся постоянной теплоемкостью; для идеального газа описывается уравнением pVn=const, где n - постоянная, называемая показателем политропы

Дата добавления: 2015-07-18