Статистика

Архив рубрики «Шпаргалки»

Процесс передачи энергии от первого тела ко второму без совершения работы называется теплообменом или по другому теплопередачей. Величина энергии, переданной телу в результате теплообмена, на­зывается количеством теплоты. Если же процесс теплопередачи идет без совершения работы (А = 0), тогда на основании первого закона термодинамики количество теплоты Q равно изменению внутренней энергии тела deltaU. Поэтому, не­обходимое для нагревания тела на deltaT величина энергии, может быть определено по формуле для количества теплоты:

Q = deltaU = C*deltaT = cm*deltaT,

где m — масса тела, С — теплоемкость тела, с — удельная теплоемкость вещества. Единица удельной теплоемкости — 1 (Дж/(кг • К)). Удельная теплоемкость показывает, какое ко­личество теплоты необходимо для нагрева 1 кг вещества на 1 К. В зависимости от температуры и давления одно и то же вещество может находиться в каком-либо основном агрегатном состоянии: твердом, жидком или газообразном. Общим для всех со­стояний вещества является хаотический характер движения ча­стиц, составляющих вещество — молекул, атомов или ионов. Расстояния между частицами вещества в газах во много раз пре­вышают размеры самих частиц. Большую часть времени части­цы свободно движутся и лишь сравнительно редко испытывают соударения друг с другом. Этим объясняются такие свойства га­зов, как способность к сжатию, возможность занимать весь пре­доставленный ему объем. Силы притяжения между частицами газа малы и не способны удержать их друг возле друга.

пример работы газа при адиабатическом процессеПри изохорном процессе объем газа остается неизменным, значит дельта V, т.е. изменение объема равно нулю. Отсюда следует, что газ не совершает никакой работы, поэтому работа газа при изохорном процессе равна нулю.

При изохорном процессе deltaV = 0 и система не совершает работы, поэтому Q = deltaU, т. е. все количество теплоты, полу­ченное газом, идет на изменение его внутренней энергии.

Адиабатический процесс — это процесс, происходящий без Прочитать остальную часть записи »

работа газа при изотермическом расширенииПри изобарном процессе давление газа остается постоянным. Определим работу газа при изобарном процессе расширения газа. Пусть расширение газа от объема V1 до объема V2 сопровожда­ется перемещением поршня в цилиндре на расстояние L под дей­ствием силы F. Тогда работа, совершенная газом, равна:

A = FL = pSL = p*deltaV,

где р — давление газа, S — площадь поршня, deltaV — изменение объема газа. Если при изменении объ­ема газа меняется и его давление (например, в изотермическом процессе), то работу газа при изотермическом процессе определяют Прочитать остальную часть записи »

кпд цикла карноВ статье тепловой двигатель мы рассматривали основные его характеристики. Однако, есть еще одно важное понятие, про которое следует написать отдельный обзор — это коэффициент полезного действия КПД теплового двигателя. По определению — это отношение полезной работы к энергии, которую получило рабочее тело от нагревателя:

η = Aпол/Q1 ≤ (Q1 — Q2)/Q1 = 1 — Q2/Q1

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты Q2 передается холодильнику, то во всех случаях η < 1.

Французский инженер Карно установил важную для прак­тики зависимость  Прочитать остальную часть записи »

Сумма кинетической энергии теплового движения частиц вещества и потенциальной энергии их взаимодействия называ­ется внутренней энергией тела: U = Ek + Еp, Ek — средняя кинети­ческая энергия всех частиц, а Ер — потенциальная энергия взаимодействия частиц. Известно, что Ek зависит от темпера­туры тела, а Ер — от его объема. В случае идеального газа потенциальная энергия взаимодействия молекул отсутствует и внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий хаотиче­ского теплового движения всех молекул газа. В результате для одноатомного газа имеем:

U = (3/2)νRT = (3/2)PV

Изменение внутренней энергии тела (системы тел) опреде­ляется первым законом (началом) термодинамики. Изменение внутренней энергии системы deltaU при переходе ее из одного со­стояния в другое равно Прочитать остальную часть записи »

один из видов теплового двигателяУстройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.

Каждый тепловой двигатель состоит из 3 основных элементов: рабочее тело (например, газ), которое совершает работу в дви­гателе; нагреватель, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым могут являться атмосфера или специальные устрой­ства. Прочитать остальную часть записи »

формула Уравнения состояния идеального газаВ этой статье мы рассмотрим очень важный закон в молекулярной физике и изучим его частные случаи — так называемые изопроцессы.

Выразим среднюю энергию молекулы через абсолютную температуру и, подставив ее в основное уравнение молекулярно-кинетической теории для давления, находим соотношение: р =nkТ. Используя эту зависимость, можно сформулировать за­кон, связывающий основные макроскопические параметры га­за — его объем V, давление р, температуру Т и полную массу газа т. Концентрация n молекул газа равна n = N/V, где N — число молекул газа в объеме V. Число N можно выразить через постоянную Авогадро Na, молярную массу М и массу вещества m.  N =  (m/M)* Na. В результате для описания состояния газа получаем Прочитать остальную часть записи »

модель идеального газаДля объяснения свойств вещества в газообразном состоя­нии используется модель идеального газа. В этой модели газ рас­сматривается в виде совокупности молекул — шариков очень малых размеров и почти не взаимодействующих между собой, т.е. при рассмотрении законов идеального газа пренебрегают собственным объемом молекул (по сравнению с объемом сосуда, в котором он находится) и силами их взаимного притяжения; при соударениях молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы упругого отталкивания. Идеального газа в при­роде не существует — это упрощенная модель реального газа.
Реальный газ становится близким по свойствам к идеальному, когда он достаточно нагрет и разрежен. Некоторые газы, например, воздух, кислород, азот, даже при обычных условиях (комнатная температуре и атмосферное давление) мало отлича­ются от идеального газа. Особенно близки по своим свойствам к идеальному газу гелий и водород.

Существует два основных подхода к изучению газов: с уче­том их молекулярного строения и использования микропараме­тров (масса и скорость молекул, их концентрация и т. д.) и без учета молекулярного строения, когда газы описываются макро­параметрами (давлением р, объемом V, температурой T, полной массой всех молекул газа М).

В рамках молекулярно-кинетической теории давление, про­изводимое газом на стенки сосуда, возникает вследствие того, что молекулы газа, беспорядочно двигаясь, ударяются о стен­ки сосуда, передавая им при каждом соударении свой импульс. Суммарный импульс, переданный за единицу времени единице площади, — это и есть давление, производимое газом.

Вернуться в раздел Теория по физике — механика.

В статье модель идеального газа мы упоминали макро и микропараметры газа. Вот именно между ними существует связь, ко­торая выражается основным уравнением молекулярно-кинети­ческой теории газов:

p = (1/3)*mо*n*V^2 = (2/3)*n*(mо*V^2)/2 = (2/3)*n*Ek

где n — концентрация частиц газа, mо — масса одной молекулы, V^2 — среднее значение квадрата скорости всех молекул, Еk — средняя кинетическая энергия молекул.

При соприкосновении двух тел частицы, из которых они образованы, сталкиваясь между собой, будут передавать друг другу энергию (в результате чего более быстрые из них будут замедляться, а более медленные начнут двигаться быстрее) до тех пор, пока не установится тепловое равновесие. Для количе­ственного описания меры нагретости тел вводят понятие темпе­ратуры. При этом исходят из того, что она должна быть оди­наковой у всех тел, находящихся в тепловом равновесии друг с другом. Для тел, движение частиц которых рассматривает­ся с помощью законов классической механики, таким свойством обладает средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц Ek = (m0*V^2)/2

Поэтому именно она положена в основу определения температуры. Величина, пропорциональная сред­ней кинетической энергии поступательного движения частиц, называется температурой тела, которую для одноатомного га­за можно найти по формуле

T = (2/3k)*Ek

где k = 1,38 * 10^-23Дж/К — постоянная Больцмана.

Определенную таким образом температуру называют тер­модинамической или абсолютной. За единицу абсолютной тем­пературы принимают не Джоуль, а Кельвин (К), размер кото­рого равен градусу Цельсия: 1 К = 1°С.

Термодинамическая температура не может быть отрица­тельной, ее минимальное значение Т = О называется абсолют­ным нулем. При абсолютном нуле движение частиц прекраща­ется.

Часто на практике бывает удобно за нулевую принять тем­пературу тающего льда, а за 100° С — температуру кипящей при нормальном давлении воды (температурная шкала Цельсия — «t»). С термодинамической температурой температура по Цель­сию связана соотношением Т = t+ 273°.

Вернуться в раздел Теория по физике — механика.

основные положения молекулярно-кинетической теории

Молекулярно-кинетическая теория дает объяснение тепловым свойствам макроскопических тел на основе трех положе­ний:

1) все тела состоят из большого числа мельчайших частиц (молекул, атомов или каких-либо других); 2) эти частицы не­прерывно и хаотически движутся; 3) частицы взаимодействуют друг с другом. При этом используют статистические методы, ко­гда интересуются движением не отдельных молекул, а усредненными величинами. Отсюда ее другое название — статистическая физика. Основные положения   молекулярно-кинетической   теории подтвер­ждаются существованием ряда явлений.
Диффузия — самопро­извольное перемешивание разных веществ вследствие проник­новения частиц одного вещества между частицами другого; бро­уновское движение — беспорядочное движение взвешенных в жидкости мелких частиц под действием ударов молекул жидко­сти.

Для характеристики молекул (аналогично для атомов) применяется относительная молекулярная масса вещества (со­кращенно молекулярная масса) Мr. Единица массы, которая равна —1/12 массы 12С, называется атомной единицей массы(сокращенно а.е.м.) m = 1,66 * 10-27 кг.

Количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т.д.), равное числу ато­мов в 0,012 кг изотопа углерода 12С, называется молем. Употребляется кратная единица киломолъ (кмоль), равная 1000 молей. Массу моля называют молярной массой М, и она определяет­ся выражением М = Мr * 10^-3 кг/моль. Постоянная Авогадро Na = 6,02 • 10^23 моль^-1 показывает число атомов или молекул, содержащихся в одном моле любого вещества. Таким образом, масса одной молекулы может быть представлена как отношение молярной массы к числу Авогадро: mo = M/Na.

Взаимодействие молекул. Между любыми двумя молеку­лами одновременно действуют силы и притяжения и отталкива­ния, которые проявляются на расстояниях, примерно равных разме­рам самих частиц. На очень малых расстояниях (меньших, чем размеры самих частиц) преобладают силы отталкивания, а на больших — силы притяжения. Эти силы имеют электромагнит­ную природу, поскольку возникают в результате взаимодействия заряженных частиц — электронов и атомных ядер.

Вернуться в раздел Теория по физике — механика.