Примеры решения задач.

1. На какую величину изменится внутренняя энергия кусочка льда масса 50г, имеющего температуру -15^оС при переходе в воду? (удельная теплоёмкость льда равна 2100 Дж/кг ^{. о}С, удельная теплота плавления льда равна 3,4^.10⁵ Дж/кг)

Решение: Лёд плавится при температуре 0^оС. Следовательно, лёд необходимо сначала нагреть до температуры плавления, подведя к нему количество теплоты . На плавление потребуется дополнительное количество теплоты. Тогда изменение внутренней кусочка льда определится суммой количеств теплоты, подводимых при его нагревании и плавлении:.

Ответ:18575 Дж.

2. Для образования пара из воды массой 0,8 кг потребовалось 1,84 МДж теплоты. Определить по этим данным удельную теплоту парообразования воды.

Решение: Из формулы расчёта количества теплоты необходимой для парообразования находим удельную теплоту парообразования: .Ответ: 2,3^.10⁶Дж/кг.

3. В идеальной тепловой машине за счёт 1000 Дж энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 280 К.

Решение: КПД тепловой машины находим по формуле . Также КПД можно рассчитать по формуле.Ответ: 30%, 400К.

Электрическое поле. Основные понятия и законы.

Существуют два рода электрических зарядов – положительные и отрицательные. Положительными называются заряды, возникающие на стекле, потёртом о шёлк, отрицательными – возникающие на эбоните, потёртом о мех.

Одноимённые заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Носителями отрицательных зарядов в атоме являются электроны, носителями положительных зарядов – протоны. Сумма положительных и отрицательных зарядов в атоме равна нулю; заряды распределяются таким образом, что атом в целом является нейтральным.

Закон сохранения электрических зарядов:

«В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной». Если заряды частиц обозначить через q₁, q₂ и т.д., то

q₁+q₂+q₃+…+q_n=const

Величина любого заряда кратна (по абсолютной величине) заряду электрона. Заряд электрона имеет наименьшую величину; эта наименьшая порция заряда называется элементарным зарядом. Заряд протона равен по абсолютной величине заряду электрона.

Закон взаимодействия точечных зарядов (закон Кулона): «Сила взаимодействия двух точечных неподвижных тел прямо пропорционально произведению модулей заряда и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними». Закон Кулона имеет следующий вид:

,

где F – сила взаимодействия (Н), q₁ и q₂ – величины зарядов (Кл), - диэлектрическая проницаемость среды (–),r – расстояние между точечными зарядами (м). Коэффициент k в СИ принято записывать в форме

Величину (– греческая буква «эпсилон») называютэлектрической постоянной. Она равна:

Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрическою проницаемостью().

Электрически заряженные тела всегда окружены электрическим полем. Поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Напряжённость (Е) – силовая характеристика электрического поля. Напряженность электрического поля в данной точке численно равна силе (F) действующей на единичный положительный заряд (q), помещенный в эту точку:

Напряжённость – величина векторная. Направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Напряжённости полей двух и более различных электрических зарядов складываются по правилу параллелограмма, т.е. векторно.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряжённости которых ,,и т.д., то результирующая напряжённость поля в этой точке равна:=+++…– принцип суперпозиции полей.

Напряжённость электрического поля точечного заряда , где

r – расстояние от точки (м), в которой определяется напряжённость, до точки, в которой помещён заряд q.

Так как, торабота электрического поля при перемещении заряда равна . Потенциалом () электрического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:. Электрическое поле потенциально, его работа (А) не зависит от формы траектории заряда и равна изменению потенциальной энергии () с противоположным знаком:

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду: . Разность потенциалов выражается в вольтах, 1В=1 Дж/Кл.Напряжённость поля связана с разностью потенциалов формулой .

Способность проводников накапливать электрический заряд характеризует электроёмкость. Электроёмкость (C) двух проводников равна: гдеq – заряд одного из проводников (на другом проводнике заряд противоположного знака), а U – разность потенциалов между проводниками. Электроёмкость выражается в фарадах, 1Ф=1Кл/В.

Наибольший заряд накапливается в конденсаторах – системах двух проводников, размеры которых много больше расстояния между ними. Формула емкости плоского конденсатора имеет вид : гдеS – площадь пластины конденсатора (м²), d – расстояние между пластинами конденсатора (м).

Энергия заряженного конденсатора может быть найдена по формулам: