5. Дайте представление о модели гармонического осциллятора и использовании этой модели. Что такое «когерентность», «резонанс», «поляризация»?

Гармонический Осциллятор – определяемый колебанием массы, прикреплённый одним концом к пружине, является самым простым примером гармонического движения. Если сменить массу, а затем это воздействие устранить, то со стороны пружины на массу будет действовать возвращающая сила, направленная в сторону , противоположную силе, вызывающей смещение x-возрастающая сила

Используя второй закон Ньютона, можно записать

откуда ускорение равно

Это выражение – основной закон простого гармоничного колебания- ускоренный материальной точки математического маятника . Период колебаний маятника при малых амплитудах, определяют его длинной и не зависит от массы маятника. Свойство изохронности колебаний маятника использовалось в 17 в. для отсчета равных промежутков времени, но колебания затухали, и маятник приходилось подталкивать, не было автоматического подсчета колебаний. Гюйгенс применил маятник в своих часах в качестве регулятора и довел их до практического применения и коммерческого успеха.

«Когерентность» - согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющихся при их сложении

«Резонанс» - резкое возрастание амплитуды устанавливающихся вынужденных колебательных движений, при приближении частоты внешнего гармонического воздействия, к частоте одного из собственных колебаний системы.

«Поляризация» - физическая характеристика оптического излучения, описывающая неэквивалентность различных направлений в плоскости перпендикулярно световому лучу.

6. Что изучает термодинамика? Что такое «термодинамическая система», «равновесное состояние», «начала термодинамики», идеальный и реальный цикл, коэффициент полезного действия тепловых машин? Пусть пар поступает на турбину при температуре +177С, а окружающий воздух имеет температуру +15С. Определите максимально возможный КПД паровой турбины.

Термодинамика представляет собой системную теорию. Та часть вселенной, которая изучается в термодинамике, рассматривается как система, состоящая из некоторого числа гомогенных подсистем. Каждая из подсистем характеризуется определенными параметрами. Предметом теории является изучение изменения этих параметров. Изменения вызываются внешними воздействиями и взаимодействием подсистем между собой. Параметры, относящиеся к форме, положению и скорости системы, почти не употребляются в термодинамике. Параметр времени используется лишь для упорядочения последовательности состояний. При дифференцировании по времени интерес представляет лишь знак производной. Наиболее важен случай, когда производные обращаются в нуль. Это соответствует стационарным состояниям системы и в частности равновесным термодинамическим состояниям.

Термодинамическая система — это любая область пространства, ограниченная действительными или воображаемыми границами, выбранными для анализа её внутренних термодинамических параметров.

Пространство, смежное с границей системы, называется внешней средой. У всех термодинамических систем есть среда, с которой может происходить обмен энергии и вещества. Границы термодинамической системы могут быть неподвижными или подвижными.

Системы могут быть большими или маленькими, в зависимости от границ. Например, система может охватывать всю холодильную систему или газ в одном из цилиндров компрессора.

Система может существовать в вакууме или может содержать несколько фаз одного или более веществ. Термодинамические системы могут содержать сухой воздух и водяной пар (два вещества) или воду и водяной пар (две стадии одного и того же вещества). Однородная система состоит из одного вещества, одной его фазы или однородной смеси нескольких компонентов.

Системы бывают замкнутыми или открытыми. В замкнутой системе не происходит никаких обменных процессов со средой.

В открытой системе и энергия и вещество могут переходить из системы в среду и обратно. При анализе насосов и теплообменников необходима открытая система, так как жидкости должны пересекать границы при анализе. Если массовый расход открытой системы устойчивый и однородный, систему называют открытой системой с постоянным расходом.

Состояние термодинамической системы определяется физическими свойствами вещества. Температура, давление, объем, внутренняя энергия, энтальпия и энтропия — это термодинамические величины, определяющие те или иные интегральные параметры системы. Данные параметры строго определяются лишь для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия.

Равновесное состояние - состояние, характеризующееся неизменностью термодинамических - параметров во времени (и отсутствием в системе потоков) при постоянных внешних условиях (неизменность во времени не обусловлена протеканием какого-либо внешнего по отношению к термодинамической системе процесса).

Непосредственным следствием I–го начала является вывод об однозначности внутренней энергии как функции термодинамического состояния. Предположим, что внутренняя энергия системы не является однозначной, т.е. при одном и том же полном наборе термодинамических параметров имеются два значения энергии: (Ө,V,a,N) ≠ (Ө,V,a,N). В этом случае имелась бы возможность извлечь и использовать энергию не изменяя термодинамического состояния системы и окружающих ее тел. Однако, в этом случае нарушается I–е начало термодинамики.

_,

По этой причине I-е начало иногда формулируют как невозможность создания вечного двигателя 1–го рода, который совершал бы работу, не требуя никаких энергетических затрат.

Второе начало термодинамики в формировке Рудольфа Клаузиуса (1865 г) гласит: Для любой равновесной (квазиравновесной) термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния , называемая энтропией. Причем, ее полный дифференциал равен:

.

III-е начало установлено Вальтером Неристом в 1906 г. как обобщение экспериментальных данных по термодинамике гальванических элементов в форме, так называемой, тепловой теоремы Нериста:

Всякий термодинамический процесс, протекающий при фиксированной температуре , сколь угодно близкой к нулю () не сопровождался бы изменением энтропии S:

.

Коэффициент полезного действия тепловой машины - отношение:

- работы, совершенной рабочим телом в прямом цикле;

- количеству теплоты, сообщенной рабочему телу в этом цикле нагревателем.