- •Основы молекулярно-кинетической теории.
- •Тепловое явление. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы
- •Внутренняя энергия. Термодинамика.
- •Принцип действия тепловых двигателей. Кпд теплового двигателя и его максимальное значение. Тепловые двигатели и охрана природы.
- •Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Кипение жидкости. Зависимость температуры кипения от давления.
- •Влажность воздуха. Точка росы. Относительная влажность.
- •Деформация
- •Плавление тел. Удельная теплота плавления. Кристаллизация тел. Уравнение теплового баланса.
- •Кристаллические и аморфные тела. Свойства твердых тел.
- •Упругие деформации. Закон гука для растяжения.
- •Основы электродинамики.
- •Электрическое поле
- •Глава . Электродинамика Электрическое поле
- •Работа в электрическом поле. Потенциал
- •П pоводники в электpостатическом поле
- •Диэлектpики в электpическом поле
- •Электроемкость. Конденсаторы
- •Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока
- •Сопротивление
- •Измерение силы тока и напряжения
- •Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.
- •Работа и мощность постоянного тока
- •Электродвижущая сила
- •Закон ома для полной цепи
- •Электрический ток в металлах
- •Электрический ток в вакууме. Диод. Ток в вакууме.
- •Электрический ток в газах
- •Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд.
- •Самостоятельный газовый разряд и его типы.
- •Электрический ток в полупроводниках
- •Магнитное поле Магнитное взаимодействие токов
- •Магнитное поле
- •Магнитное поле в веществе
- •Электромагнитная индукция. Правило Ленца.
- •Магнитные поля различной конфигурации
- •Электромагнитная индукция
- •Механические колебания и волны Механические колебания Гармонические колебания
- •Свободные колебания. Пружинный маятник.
- •Свободные колебания. Математический маятник.
- •Превращения энергии при свободных механических колебаниях
- •Механические колебания и волны Механические колебания Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания
- •Механические волны.
- •Эффект Доплера .
- •Доплер-эффект широко используется в технике для измерения скоростей движущихся объектов («доплеровская локация» в акустике, оптике и радио).
- •Развитие представлений о свете.
- •Законы геометрической оптики Прямолинейность распространения света. Принцип Ферма
- •Отражение света. Плоское зеркало.
- •Сложение гармонических колебаний.
- •Метод зон Френеля.
- •Поглощение света.
- •Рассеяние света.
- •Дисперсия света. Призматический и дифракционный спектры.
- •Спектральный анализ
- •Поглощение света
- •З аконы теплового излучения. Закон Кирхгофа.
- •Инфракрасные лучи
- •Ультрафиолетовые лучи
- •Рентгеновские лучи
- •Виды и источники электромагнитных излучений
- •Применение электромагнитных излучений
- •Световые кванты. Давление света.
- •Химическое действие света
- •Процесс фотосинтеза
- •Фотография. Первые в мире снимки
- •Снимок Ньепса
- •Снимок Тальбота
- •Снимок Дагера
- •Совершенствование и развитие фотографии
- •Пpеобpазования Лоpенца
- •Релятивистская динамика
- •Современная физическая картина мира.
Принцип действия тепловых двигателей. Кпд теплового двигателя и его максимальное значение. Тепловые двигатели и охрана природы.
Второе начало термодинамики определяет условия, при которых возможны превращения энергии из одних видов в другие, т. е. Указывает направленность процесса.
невозможен самопроизвольный переход теплоты от менее нагретого тела к более нагретому;
невозможно создание вечного двигателя второго рода, т. е. Периодически действующее устройство, которое позволяло бы полностью превращать количество теплоты, сообщаемое системе, в механическую работу.
Циклически действующий тепловой двигатель – установка, в которой нужно путем использования повторяющихся циклов осуществлять превращение внутренней энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую. При этом необходимо наличие тела с температурой Т1 – нагревателя, тела с температурой Т2 < Т1 – холодильника и рабочего вещества, которое, отнимая за один цикл от нагревателя количество теплоты Q1, передает холодильнику количество теплоты Q2 и разность Q1-Q2 преобразует в работу.
а) |
б) |
в) |
Французский инженер С. Карно показал, что самым выгодным был бы тепловой двигатель, работающий по циклу, состоящем из двух изотерм и двух адиабат, причем все процессы обратимы, т. е. его можно провести как в прямом, так и в обратном направлении через одни и те же промежуточные состояния и при этом не происходит изменений в окружающих телах.
Обратимых процессов в природе не существует. КПД любого теплового двигателя, работающего в том же диапазоне температур, всегда меньше ηм
Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Кипение жидкости. Зависимость температуры кипения от давления.
Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом. Испарение и конденсация являются примерами фазовых переходов.
Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры Tкр. Например, для воды критическая температура равна 647,3 К, для азота 126 К, для кислорода 154,3 К. При комнатной температуре (≈ 300 К) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.
Переход вещества из жидкого состояния в парообразное возможно двумя способами: испарением и кипением. Обратный переход – конденсация. Испарение происходит только с поверхности жидкости при любой температуре. Для того чтобы вылететь из жидкости, молекула должна преодолеть воздействие поверхностного слоя, т. е. обладать достаточной энергией. Средняя кинетическая энергия молекул и, следовательно, температура жидкости при этом понижается.
Скорость испарения зависит от:
рода жидкости;
температуры;
площади поверхности;
движения газа над поверхностью;
давления над поверхностью. Чем P выше, тем ниже скорость испарения.
Процесс испарения жидкости в закрытом сосуде или помещении при неизменной температуре сопровождается постепенным увеличением концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии.
Динамическое равновесие – число молекул, покидающих поверхность жидкости в единицу времени, равно числу молекул, возвращающихся в нее.
Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью или твердым телом, называется насыщенным паром.
Пар давление, которого ниже давления насыщенного пара при данной температуре, называется ненасыщенным (или перегретым).
К ненасыщенным парам подчиняются все газовые законы тем точнее, чем дальше они от насыщения.
Давление насыщенного пара не зависит от его объема при постоянной температуре. Рост давления насыщенного пара при повышении его температуры происходит, главным образом, за счет увеличения массы пара и, следовательно, концентрации молекул.
Кипение – процесс парообразования, происходящий по всему объему жидкости. При достижении температуры точки кипения внутри жидкости возникают, растут и поднимаются на поверхность пузырьки воздуха с содержащимся в них паром.
Газ, связанный с поверхностью твердого тела, называется адсорбированным. Внутри каждого пузырька непрерывно с его поверхности идет испарение жидкости и конденсация пара, пока не наступит состояние динамического равновесия. При повышении температуры давление насыщенного пара увеличивается, и пузырьки растут. Архимедова сила отрывает их от поверхности дна и поднимает вверх, а на месте оторвавшихся пузырьков остаются “зародыш” новых пузырьков. Многие пузырьки, не достигнув поверхности воды, исчезают, “захлопываются”, и мы слышим характерный шум перед началом кипения.
Когда температура всей жидкости станет одинаковой, объем пузырьков при подъеме будет расти непрерывно, температура и давление насыщенного пара внутри пузырька постоянно, а гидростатическое давление уменьшается. На поверхности пузырек лопается, а находящийся в нем пары выходят в окружающую среду.
Температура кипения жидкости повышается при увеличении внешнего давления и понижается при его уменьшении. Температура кипения жидкости при нормальном атмосферном давлении называется точкой кипения.
Парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называется абсолютной влажностью.
Испарение в технике:
очистка веществ или разделение жидких смесей перегонкой (получение бензина, керосина и др.)
в основе работ ДВС; холодильных установок;
сушка материалов; покрытие аппаратов космического корабля.
Кипение в технике:
при повышенном давлении – в паровых котлах и аккумуляторах;
в медицине для стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов в автоклавах;
при пониженном давлении – в холодильной технике; для получения сверхнизких температур.