- •Введение
- •Физические основы механики
- •1. Кинематика поступательного и вращательного движения
- •1.1. Система отсчета. Путь. Вектор перемещения
- •1.2. Скорость. Ускорение при криволинейном движении
- •1.3. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения
- •1.4. Движение точки по окружности. Угловая скорость. Угловое ускорение
- •2. Динамика поступательного движения
- •2.1. Законы Ньютона
- •2.2. Силы в механике
- •2.2.1. Сила тяжести
- •2.2.2. Упругие силы
- •2.2.3. Сила трения
- •2.3. Внешние и внутренние силы. Закон сохранения импульса
- •3. Работа и энергия
- •3.2. Кинетическая энергия механической системы и её связь с работой
- •3.3. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку
- •3.4. Потенциальная энергия системы взаимодействия. Связь кинетической энергии системы с работой внутренних и внешних сил
- •3.5. Закон сохранения механической энергии. Закон сохранения и превращения энергии как проявление неуничтожимости материи и ее движения
- •3.6. Удар абсолютно упругих и неупругих тел
- •4. Динамика вращательного движения
- •4.1. Момент силы и момент импульса
- •4.2. Уравнение моментов
- •4.3. Движение центра тяжести твердого тела
- •4.4. Момент инерции тела относительно оси вращения
- •4.5. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Закон сохранения момента импульса
- •4.6. Кинетическая энергия твердого тела. Работа внешних сил при вращении твердого тела
- •4.7. Кинетическая энергия при плоском движении твердого тела
- •5. Элементы специальной теории относительности
- •5.1. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности
- •5.2. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца
- •5.3. Следствия из преобразований Лоренца
- •5.3.1. Одновременность событий в разных системах отсчета
- •5.3.2. Длина тел в разных системах отсчета
- •5.3.3. Длительность событий в разных системах отсчета
- •5.4. Пространственно-временной интервал
- •5.5. Релятивистская кинематика. Релятивистский закон сложения скоростей
- •5.6. Релятивистская динамика
- •6. Механические колебания и волны
- •6.1. Понятия о колебательных процессах. Гармонические колебания. Амплитуда. Частота. Фаза колебаний
- •6.2. Свободные гармонические колебания
- •6.2.1. Математический маятник
- •6.2.2. Пружинный маятник
- •6.2.3. Физический маятник
- •6.2.4. Скорость и ускорение точки, колеблющейся по гармоническому закону
- •6.2.5. Энергия гармонических колебаний
- •6.3. Сложение колебаний
- •6.3.1. Сложение колебаний одного направления и одинаковой частоты
- •6.3.2. Сложение двух гармонических колебаний одного направления, но разного периода
- •6.3.3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •6.4. Затухающие колебания
- •6.5. Вынужденные колебания. Резонанс
- •6.6. Волновые процессы
- •6.6.1. Плоская синусоидальная волна. Фазовая скорость. Длина волны. Групповая скорость
- •6.6.2. Скорость распространения волн в упругой среде
- •6.6.3. Поток энергии в волновых процессах
- •6.6.4. Принцип Гюйгенса-Френеля. Интерференция волн
- •6.6.5. Отражение волн. Стоячие волны
- •7. Молекулярно-кинетическая теория
- •7.1. Статистический метод исследования. Термодинамический метод исследования. Термодинамические параметры. Равновесное состояние и процессы их изображения на термодинамических диаграммах
- •7.2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
- •7.3. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры. Связь основного уравнения мкт с уравнением Менделеева-Клайперона
- •7.4. Средняя скорость молекул. Поток молекул
- •7.5. Распределение молекул по скоростям. Закон Максвелла
- •7.6. Барометрическая формула.
- •7.7. Больцмановское распределение частиц в потенциальном поле. Закон Максвелла-Больцмана
- •7.8. Экспериментальный метод определения числа Авогадро
- •7.9. Эффективный диаметр молекулы. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекулы
- •7.10. Явления переноса в газах
- •7.10.1. Вязкость газов (внутреннее трение)
- •7.10.2. Закон Стокса
- •7.10.3. Теплопроводность газов
- •7.10.4. Диффузия газов
- •8. Термодинамика
- •8.1. Внутренняя энергия системы. Работа. Количество теплоты. Первое начало термодинамики
- •8.2. Степени свободы молекул. Распределение энергии по степеням свободы
- •8.3. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости газа
- •8.4.1. Изохорный процесс
- •8.4.2. Изотермический процесс
- •8.4.3. Изобарный процесс
- •8.5. Адиабатический процесс
- •8.7. Цикл Карно
- •8.8. Принцип действия тепловой и холодильной машин
- •8.9. Второе начало термодинамики
- •8.10. Приведенное количество тепла. Неравенство Клаузиуса
- •8.12. Статистический смысл второго начала термодинамики. Связь энтропии с термодинамической вероятностью
- •9. Агрегатные состояния и фазовый переход
- •9.1. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •9.2. Экспериментальные изотермы. Критические состояния
- •9.3. Внутренняя энергия реального газа. Эффект
- •Библиографический список
- •Оглавление
8.8. Принцип действия тепловой и холодильной машин
В результате цикла тепловой машины некоторое количество теплоты Q1 забирается при температуре Т1 от какого-то внешнего по отношению к рассматриваемой системе тела – это тело обычно называется нагревателем (рис.8.11).
Часть этой теплоты прев-ращается в работу, а часть Q2 - отдается по-прежнему в виде теплоты, но при более низкой температуре Т2, второму, вне-шнему по отношению к системе телу, называемому холодильником. Воспользовавшись этой терминологией, можно ска-зать, что коэффициент полез-ного действия цикла Карно равен отношению разности |
Т1 - нагреватель
Q1-Q2 – работа
Т2 - холодильник
Рис.8.11 |
температур нагревателя и холодильника и абсолютной температуре нагревателя.
С помощью цикла Карно можно описать и принцип действия холодильной машины (рис.8.12). Известно, что процессы изотермического и адиабатического сжатия и расширения обратимы. Можно первоначально предоставить газу, занимающему при температуре Т1 объем V1 адиабатно расширяться до объема V4, вызвав тем самым понижение температуры до Т2.
Если теперь предоставить газу расширяться изотерми-чески до объема V3, то он совершит работу . Эта работа будет происходить за счет внешнего источника, находящегося при температуре Т2, более низкой, чем исходная температура Т1. |
p p1V1T1 p2V2T1
p3V3T2 p4V4T2
V Рис.8.12
|
Для возвращения газа в начальное состояние его сжимают адиабатно до объема V2 и изотермически до объема V1. Изотермическое сжатие требует затраты внешними силами работы
.
Работа, затраченная на сжатие, значительно больше, чем полученная при расширении.
Таким образом, в результате затраты работы удается перевести некоторое количество теплоты от тела более холодного к телу более нагретому. Описанный цикл называется циклом холодильной машины.
8.9. Второе начало термодинамики
Второе начало термодинамики, как и первое, может быть сформулировано несколькими способами. Во-первых, второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела менее нагретого к телу, более нагретому. Более строго можно сформулировать: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретому к телу, более нагретому.
Не нужно думать, что второе начало термодинамики вообще запрещает переход тепла от тела менее нагретого к телу, более нагретому. Мы только что рассмотрели такой переход. Однако этот переход не был бы единственным результатом процесса. Переход сопровождался изменениями в окружающих телах, связанными с совершением над системой работы.
Второе начало термодинамики может быть также сформулировано следующим образом: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от некоторого тела определенного количества теплоты и превращение этого тепла полностью в работу.
В тепловой машине превращение тепла в работу обязательно сопровождается дополнительным процессом – передачей некоторого количества тепла Q2 более холодному телу, вследствие чего полученное от более нагретого тела количество тепла Q1 не может быть полностью превращено в работу, т.е. невозможен тепловой двигатель, который обладал бы коэффициентом полезного действия равным единице.
Двигатель такого рода получил название вечного двигателя второго рода. Исходя из этого, второе начало термодинамики может быть сформулировано также в виде принципа невозможности построения вечного двигателя второго рода