Применение закона термодинамики и изопроцессам. Адиабатный процесс.
Как было ранее установлено,
.
1. Изохорный процесс (V=const).
A=0
.
2.Изобарный процесс (p=const).
.
3.Изотермический процесс (T=const).
Т.к. Т = const, U=0, Q=A.
4.Адиабатным называется процесс, происходящий в системе без теплообмена с внешней средой.
– адиабатное
расширение, температура уменьшается.
Уравнение адиабатного процесса или уравнение Пуассона:
,
где
- показатель адиабаты или коэффициент
Пуассона.
Это же уравнение имеет другие формы записи:
.
Диаграмма процесса называется адиабатой .
Работа, совершаемая газом при адиабатном процессе, выражается формулами:
или 
.
Тепловые двигатели, их КПД. Цикл Карно.
Тепловой двигатель - это система, совершающая многократно круговой процесс (цикл), при котором за счёт подведённого извне тепла совершается механическая работа. Для этого необходимо рабочему веществу в начале цикла сообщать некоторое количество теплоты Q1, а в конце цикла отнимать количество теплоты Q2.
Принцип действия теплового действия представлен на рис.
Р
абочее
тело приводится в контакт с нагревателем
и получает от него количество теплоты
Q1.
При
этом температура газа повышается, он
расширяется и перемещает поршень,
совершая работу А1.
Затем рабочее тело приводится в контакт
с холодильником, отдает ему Q2,
газ охлаждается и сжимается, перемещая
поршень в обратном направлении, что
равносильно совершению газом отрицательной
работы А2.
После установления теплового равновесия
с холодильником рабочее тело вновь
приводится в контакт с нагревателем;
цикл завершен.
Количество получаемого за цикл тепла равно Q1, а отданного Q2. Их разность перешла в полезную работу:
.
КПД теплового двигателя называется величина, равная отношению совершаемой за цикл полезной работы ко всему количеству теплоты, полученному от нагревателя:
.
Цикл Карно-цикл, составленный из двух изотерм и двух адиабат.
в
ен
Второе начало термодинамики - невозможен самопроизвольный процесс перехода тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.
Электростатическое поле
Электрический заряд - физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия тел. Сам по себе электрический заряд не существует, его носителем может быть только частица вещества.
Точечными зарядом называют заряженное тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Свободными называют заряды, способные свободно перемещаться в теле под действием внешнего эл. поля.
Связанными называют заряды, входящие в состав молекул диэлектриков, которые под действие эл. поля могут лишь смещаться из своего положения равновесия, но покинуть молекулу не могут.
Закон Кулона сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна зарядам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, и зависит от среды, в которой они находятся.
,
где q1,q2- величины зарядов; r - расстояние между зарядами;
=8,85·10-12
Кл2/(Н·м2)
- электрическая постоянная;
- диэлектрическая проницаемость среды.
диэлектрическая проницаемость вещества показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данном диэлектрике меньше, чем в вакууме, вакуума=1, - безразмерная величина.
Напряженность
электрического поля
- это векторная величина, численно равная
силе, с которой поле действует на
единичный положительный пробный заряд
в данной точке поля и сонаправленная с
этой силой.
Напряженность поля точечного заряда.
.
Линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает по направлению с вектором напряженности в этой точке.
Линии
напряженности поля, создаваемого
неподвижными зарядами всегда начинаются
на положительных зарядах и кончаются
на отрицательных зарядах (или в
бесконечности) и никогда не бывают
замкнутыми. Более сильное поле изображается
более плотно расположенными линиями
напряженности. Густота линий выбирается
так, чтобы количество линий, пронизывающих
единицу поверхности площадки,
перпендикулярной к линиям, было равно
численному значению вектора
.
Линии напряженности никогда не
пересекаются, т.к. их пересечение означало
бы два различных направления вектора
напряженности поля в одной и той же
точке, что не имеет смысла.
О
днородным
называется поле, в котором напряженность
во всех точках имеет одну и ту же величину
и одинаковое направление,
.
В таком поле силовые линии параллельны
и плотность их всюду одинакова, т.е. они
расположены на одинаковом расстоянии
друг от друга.
Принцип суперпозиции.
Е
сли
электрическое поле в данной точке
создано несколькими зарядами, то
напряженность результирующего поля
равна векторной
сумме напряженностей полей, созданных
каждым зарядом в отдельности (рис.
,
Потоком
вектора напряженности через элементарную
поверхность dS
называется скалярное произведение
,
где -
угол между векторами
и
,
Еп - проекция на направление нормали .
Потоком вектора через поверхность S называется интеграл
Для
замкнутой поверхности 
Для
однородного поля
,
.
Потоку
вектора напряженности можно дать
наглядную геометрическую интерпретацию:
численно равен количеству линий
напряженности, пересекающих данную
поверхность.
Теорема
Гаусса
для электростатического поля в вакууме:
,
т.е.
поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через любую замкнутую поверхность прямо пропорционален алгебраической сумме зарядов, охватываемых этой поверхностью.
Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость шара.
Емкость зависит от размеров и формы проводника, окружающей среды и наличия вблизи других проводников. В диэлектрике емкость увеличивается в раз.
Вычислим
емкость шара радиусом
:
Конденсаторы и их электроемкость.Соединение конденсаторов.
Конденсатор - система из двух проводников, разделенных диэлектриком, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
.
Она зависит от размеров и формы обкладок, расстояния и диэлектрика между ними и не зависит от их материала.
Емкость плоского конденсатора:
,
где S - площадь обкладок, d - расстояние между ними.
Параллельное соединение конденсаторов
|
|
по
закону сохранения заряда,
.Последовательное соединение конденсаторов
