Часть 2. Выполните практическое задание

3. Задача на определение КПД теплового двигателя.

Тепловой двигатель получил от нагревателя 0,6 МДж теплоты и отдал холодильнику 0,3 МДж теплоты. Определите КПД теплового двигателя.

Дано

Q₁=0,6 МДж

Q₂=0,3 МДж

Найти

КПД-?

Решение

КПД= =

Билет № 8

1. Виды деформации. Закон Гука.

Деформацией называют изменение формы или объема тела.

Упругой называют деформацию, которая полностью исчезает после прекращения действия внешних сил.

Неупругой (пластической) называют деформацию, которая не исчезает после прекращения действия внешних сил.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации, называется силой упругости.

Причиной деформации тела является движение одной части относительно другой, а следствием деформации тела является возникновение силы упругости.

Виды деформации

Деформация растяжения (сжатия)

- это деформация, при которой изменяется расстояние между параллельными слоями упругого твердого тела.

При деформации растяжения увеличиваются размеры тела.

При деформации сжатия уменьшаются размеры тела.

Деформация растяжения (сжатия) характеризуется абсолютным удлинением.

Абсолютное удлинение показывает на сколько изменяется длина тела по сравнению с первоначальной длиной образца.

∆l=l-l₀

Δ l > 0 деформация растяжения Δ l < 0 деформация сжатия

Относительным удлинением называют физическую величину, равную отношению абсолютного удлинения к первоначальной длине образца.

Деформация изгиба

Деформации изгиба подвергается тело, закрепленное с двух сторон и нагруженное посередине, либо тело, закрепленное с одной стороны и нагруженное с другой стороны.

При деформации изгиба вогнутая часть тела подвергается деформации сжатия, выпуклая часть тела подвергается деформации растяжения.

Чтобы тела меньше подвергались, деформации изгиба, их делают трубчатыми.

Деформация сдвига

- это такая деформация, при которой происходит смещение (сдвиг) параллельных слоев упругого твердого тела друг относительно друга.

Деформация кручения

Деформации кручения подвергается тело, один конец которого закреплен, а к другому концу приложены две силы, равные по модулю и противоположные по направлению.

Закон Гука

Сила упругости, возникающая при малых деформациях тела, пропорционально удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела.

Fу = -кX

k - жесткость тела, зависит от формы и размеров тела, и от материала, из которого изготовлено тело, х - смещение.

Силы упругости обусловлены взаимодействиями зарядов, по своей природе являются электромагнитными.

Деформации, при которых удлинение прямо пропорционально деформирующей силе называются упругими.

Явление упругой деформации использовано в устройстве приборов для измерения сил - динамометров.

2. Колебательный контур. Превращение энергии в колебательном контуре.

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями.

Свободные электромагнитные колебания возникают в системе после выведения ее из положения равновесия.

Вынужденные электромагнитные колебания - колебания которые возникают в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Колебательный контур – это простейшая система состоящая из конденсатора электроёмкостью С и катушки индуктивностью L, присоединенной к обкладкам конденсатора.

Идеальный колебательный контур не имеет сопротивления.

Зарядим конденсатор, присоединив его на некоторое время к батарее источников питания.

Переведем ключ в положение 2

1. В момент времени t=0 напряженность электрического поля E ⃗ в конденсаторе (направленная сверху вниз), а также напряжение U на обкладках конденсатора максимальны, а тока в контуре еще нет, следовательно, отсутствует и магнитное поле W_м0=0 W_эл0=max .

При этом вся энергия W колебательного контура заключена в электрическом поле конденсатора, т.е. W=W_эл0=CU₀²/2=q₀²/2C

1. В промежутке времени от 0 до T /4 (рис. 2, б) конденсатор, разряжаясь, создает через контур ток I, идущий по часовой стрелке. При этом согласно правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию этого тока. При разряде конденсатора уменьшаются напряженность электрического поля E ⃗ (сохраняя прежнее направление) и напряжение U между его обкладками, следовательно, уменьшается энергия электрического поля в конденсаторе. Сила тока I и индукция B ⃗ магнитного поля, создаваемого этим током, увеличиваются, т.е. возрастает энергия магнитного поля в катушке индуктивности. Следовательно, энергия электростатического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки. W_эл W_м

2. К моменту времени t=T /4 (рис. 2, в) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками становится равным нулю, и электрическое поле в нем отсутствует E ⃗ =0. К этому времени ток 1 в контуре и индукция B ⃗ магнитного поля этого тока достигают максимальных значений. Следовательно, вся энергия контура заключена в этот момент в его магнитном поле, т.е.

W=W_м=LI²/2.

W_эл=0 W_м=max

3. В промежутке времени от 1/ 4 T до 1 /2 T при уменьшении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции и индукционный ток, направление которого, согласно правилу Ленца, совпадает с направлением убывающего разрядного тока. В результате конденсатор перезаряжается: нижняя обкладка конденсатора получает избыточный положительный заряд, а верхняя — отрицательный. Следовательно, в конденсаторе появляется электрическое поле, напряженность которого направлена снизу вверх. В указанном интервале времени сила тока I в контуре и индукция B ⃗ магнитного поля этого тока убывают, а напряженность E ⃗ электрического поля и напряжение U между обкладками конденсатора возрастают. Значит, энергия магнитного поля катушки превращается в энергию электрического поля конденсатора. Wэл Wм

4. К моменту времени t=1/ 2 T (рис. 2, д) ток в контуре прекращается, следовательно, исчезает магнитное поле B ⃗ =0. Напряженность электрического поля E ⃗ и напряжение U конденсатора максимальны. Таким образом, вся энергия колебательного контура заключена теперь в его электрическом поле, т.е.

W=W_эл0=CU₀²/2.

W_м0=0 W_эл0=max

В промежутке времени от 1/ 2 T до 3/ 4 T (рис. 2, е) конденсатор вновь разряжается и создает в контуре ток. Однако теперь положительно заряжена нижняя обкладка конденсатора, поэтому направление тока I в контуре меняется на противоположное. Меняется и направление индукции B ⃗ создаваемого им магнитного поля. Этот ток не может сразу достигнуть максимального значения, так как в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая быстрому нарастанию тока. В указанном промежутке времени сила тока I и индукция B ⃗ магнитного поля этого тока увеличиваются, а напряженность электрического поля E ⃗ и напряжение U между обкладками конденсатора уменьшаются. Следовательно, электрическая энергия переходит в магнитную.

W_эл W_м

5. К моменту времени t=3/ 4 T (рис. 2, ж) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками падает до нуля, электрическое поле исчезает (E ⃗ =0), а ток I в контуре и индукция B ⃗ магнитного поля в этот момент максимальны. Вся электрическая энергия контура превратилась в энергию магнитного поля, т.е.

W=W_м=LI²/2.

W_эл=0 W_м=max

6. В промежутке времени от 3 /4 T до T (рис. 14.2, з) сила тока уменьшается, а возникшая в катушке ЭДС самоиндукции препятствует этому. На верхней пластине появляются избыточные положительные заряды, а на нижней — отрицательные. В конденсаторе появляется электрическое поле, напряженность E ⃗ которого направлена теперь сверху вниз. В указанном промежутке времени сила тока I в контуре и индукция B ⃗ магнитного поля убывают, а напряженность E ⃗ электрического поля в конденсаторе и напряжение U между его обкладками возрастают. Следовательно, магнитная энергия превращается в электрическую. Wэл Wм

7. К моменту времени t=T (рис. 2, и) ток в контуре прекращается, исчезает магнитное поле, а напряженность E ⃗ электрического поля конденсатора и напряжение U между его обкладками максимальны.

W=W_эл0=CU₀²/2.

W_м0=0 W_эл0=max

8. Вторая перезарядка возвращает контур в исходное состояние.

Таким образом, завершилось полное колебание. В дальнейшем процесс повторяется в уже описанном порядке.

В колебательном контуре в любой момент энергия из W электромагнитного поля равна сумме энергий магнитного и электрических полей:

L - индуктивность, q - заряд, C - электроемкость, I - сила тока.