II.17 Основи термодинаміки. Закони термодинаміки.
Термодинаміка вивчає кількісні закономірності перетворення енергії в різних процесах, обумовлених тепловим рухом молекул. Основи термодинаміки закладені у двох законах (началах) термодинаміки. При формулюванні цих законів користуються поняттям термодинамічної системи. Термодинамічна система – це тіло або група тіл, в якому (яких) відбуваються процеси перетворення теплової енергії в інші види і навпаки.При цьомуізольована термодинамічна системане обмінюється речовиною та енергією з зовнішнім середовищем, авідкрита система– обмінюється. Перехід термодинамічної системи з одного стану в інший називається термодинамічним процесом.
Перший закон термодинаміки:
Теплота, що надається термодинамічній системі, йде на зміну внутрішньої енергії системи та на роботу, що виконується системою:
Q= ∆U+A
Перший закон термодинаміки виражає закон збереження енергії для термодинамічних систем і з нього, зокрема, випливає, що система не може виконати роботу, більшу за отриману ззовні енергію (при ∆U=0). Відкриття першого закону термодинаміки поклало край пошукам вічного двигуна – системи, яка б виконувала роботу, не витрачаючи при цьому енергії.
Другий закон термодинамікимає декілька формулювань і описує напрямок термодинамічних процесів. Друге начало термодинаміки наголошує, що теплова енергія є енергією “найнижчої якості”. Про це свідчить, зокрема, те, що всі процеси ведуть до переходу механічної (чи інших видів енергії) у теплову, але не можливий перехід усієї теплової енергії у механічну роботу. Зокрема, одне з формулювань другого закону термодинаміки стверджує, щоне можливий механізм, який переводив би все отримане від нагрівача тепло у механічну роботу; частина цього тепла має бути втрачена (передана охолоджувачу).Наслідком цього закону є те, що коефіцієнт корисної дії теплової машини (тобто відношення виконаної машиною роботи до затраченої на це теплової енергії) завжди буде менше одиниці.
Іiі. Основи електрики ііі.1 Природа електричних явищ. Взаємодія зарядів
Електричні явища мають місце тому, що в природі існують особливі за фізичними властивостями частинки. Існує два види таких частинок. Перші із них умовились називати позитивно зарядженими, а другі – негативно зарядженими. В атомах хімічних елементів такими частинками є протони і електрони. Протони заряджені позитивно, а електрони – негативно. За числовим значенням величина заряду протона qp і електронаqеоднакова (qp= qе=1,6 · 10-19Кл). У природі існують і інші електрично заряджені елементарні частинки – позитрони, мезони, баріони тощо.
1 кулон (1 Кл) – це одиниця вимірювання заряду, що чисельно дорівнює кількості електрики, яка переноситься через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму, рівній 1 А.
У нормальному стані атоми, молекули і фізичні тіла мають однакову кількість електронів та протонів і є електронейтральними. Але при деяких взаємодіях вони обмінюються елементарними зарядами і стають зарядженими. Це має місце при взаємному терті, хімічних реакціях тощо. Внаслідок цього одні взаємодіючі тіла заряджаються негативно, а інші – позитивно.
Експериментально встановлено, що одноіменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються, і силу взаємодії для точкових зарядів(заряджених тіл, розмірами яких можна знехтувати) знаходять, користуючисьзаконом Кулона:
Сила F, з якою взаємодіють два точкових заряди q1 і q2 у вакуумі, прямо пропорційна числовому значенню цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними (рис.ІІІ.1):
,
(ІІІ.1)
де
k
=
,
а
– електрична стала (
= 8,85 ·10-12
).
Рис. ІІІ.1
Атоми і молекули, в яких кількість електронів менша від кількості протонів, є позитивними іонами, а атоми і молекули, в яких електронів більше ніж протонів – негативними. Макротіла з дефіцитом електронів заряджені позитивно, а з надлишком електронів – негативно.