Адиабатный процесс. Показатель адиабаты.

Адиабатным называется процесс, происходящий при условии отсутствия теплообмена. Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. , поэтому при адиабатном процессе температура понижается. Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляются только в одном направлении. Всегда передача тепла происходит к более холодному телу. Второй закон термодинамики гласит, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений. Этот закон исключает создание вечного двигателя второго рода.

Показатель адиабаты. Уравнение состояния имеет вид PVγ = const.,

где γ = Cp /Cv – показатель адиабаты.

Теплоемкость газа зависит от условий, при которых тепло …

Если газ нагреть при постоянном давлении P, то его теплоемкость обозначается СV.

Если - при постоянном V, то обозначается Cp.

Это значит, что поля покоящихся и движущихся зарядов, в частности движущихся равномерно и прямолинейно, неравноценны. Если обратиться к классическому принципу относительности, то мы здесь приходим к противоречию. Действительно, рассмотрим две инерциальные системы отсчета К и К0, причем последняя связана с движущимся равномерно и прямолинейно зарядом. Согласно принципу относительности мы уверены в их механическом равноправии. Но кажется сомнительной симметрия систем отсчета К и К0 в отношении электромагнитных явлений, так как в системе отсчета К есть, кроме электрического, еще и магнитное поле. Идея эфира оказалась несостоятельной. Если бы скорость света была относительной и подчинялась классическому закону сложения скоростей, то существовал бы в вакууме свет медленный и быстрый – свет от источников, по-разному движущихся в данной системе отсчета. Но экспериментально известно, что свет распространяется в вакууме с одной скоростью, каковы бы ни были его источники – земные или космические, движущиеся или находящиеся в покое относительно лаборатории. Таким образом, следует признать конечность и абсолютность скорости света. Никогда не удавалось разогнать частицы до световой скорости, несмотря на значительные затраты энергии. Превращение элементарных частиц. Установлено, что суммарная масса системы исходных элементарных частиц не равна суммарной системе новых частиц, образовавшихся после столкновения. Два постулата СТО: принцип относительности и абсолютной скорости.

1. Элементы специальной теории относительности. Постулаты СТО. Конечность и предельность скорости света. Релятивистский закон преобразования скоростей. Пространство – время в СТО.

Все инерциальные системы отсчета физически равноправны – любые физические процессы протекают в них одинаково (при одних и тех же начальных условиях). Любая система отсчета, которая движется относительно ИСО равномерно и прямолинейно, так же является инерциальной. ИСО ничем не отличаются друг от друга, они полностью физически тождественны, и какие бы физические опыты ни были поставлены в данной ИСО, они дадут совершенно такие же результаты в любой другой ИСО. Не существует абсолютно покоящейся ИСО или абсолютно равномерно движущейся, речь может идти только о движении и покое относительно другой ИСО.

Основные понятия: событие и ИСО. Событие – физическое явление, происходящее в какой-либо пространственной точке в некоторый момент времени в избранной системе отсчета. Relativity(от англ относительность). Умножив неравенство V' ≤ c на выражение 1 – V/c, положительное т.к. V<c, то получим: V'(1 – V/c)≤c(1 – V/c) После раскрытия скобок и перегруппировки следует:

(v' + V/(1 + v'V/c2))≤c. В левой части этого неравенства стоит величина с размерностью скорости, обладающая следующими свойствами: при v'<c ее значение согласно верхнему неравенству так же меньше с; при v'=c получим знак равенства. Наконец, при v'<<c и V<<с рассматриваемая величина превращается в классическое выражение v' + V, имеющие в соответствии с (v = v' + V) смысл скорости v частицы в ИСО К. Значит преобразованное в начале выражение представляет собой релятивистский закон преобразования скоростей. Его сущность заключается в выражении идеи предельности постоянной с: при любых относительных скоростях ИСО V<c нельзя путем перехода от одной из них к другой изменить скорость частицы так, чтобы изменилась ее принадлежность к соответствующему классу частиц. Частицы, движущиеся с абсолютной скоростью, отличаются предельной инерционностью – они всегда движутся только по инерции и не могут быть ни замедлены, ни ускорены. Масса частиц с абсолютной скоростью равна нулю (безмассовые). При взаимодействии безмассовых частиц с частицами вещества выполняются законы сохранения энергии и импульса. Во всех ИСО вектор импульса такой частицы отличен от нуля р*≠ 0, т.к. частицу, движущуюся с абсолютной скоростью, остановить нельзя; Е* ≠ 0. Возможно лишь совместное и одновременное обращение в нуль обеих динамических характеристик частицы, что будет означать прекращение ее существования. Соотношение для безмассовой частицы: Е*2 – р*2с2 = 0 – оно справедливо для всех ИСО. Существуют частицы, которые всегда движутся со скоростью, меньшей скорости света. Скорость таких частиц зависит от их индивидуальных качеств и взаимодействий с другими частицами может изменяться в широких пределах от нуля до любого значения V<c. Это свойство частиц определяется наличием у них массы. Масса частицы абсолютна: она не зависит от выбора ИСО, а значит и от скорости движения частицы. Энергия массовой частицы в ее собственной системе отсчета, где импульс частиц равен нулю, должна быть отлична от нуля, т.е. при р = 0; Е0 ≠ 0. Из выше сказанного следует: Е0 = mc2. Соотношение для частицы с V<c Е2 – р2с2 ≠ 0(в любой ИСО). Е2 – р2с2 = m2c4

т.к Е2 – р2с2 = Е02. р = Еv/с2 (релятивистский импульс) подставим в предыдущее: Е = γmc2 =

= mc2/√(1 – v2/c2). Следовательно формула для релятивистского импульса массовой частицы:

p = γmv = mv/√(1 – v2/c2). Применение новой, более общей физической теории к предметной области, где справедлива менее общая теория, должно дать те же результаты, что и при использовании расчетных соотношений последней. Единой физической реальностью является электромагнитное поле, а не отдельно электр – ое и магнитное поля.

Билет № 20

1. Тепловые машины, их устройство и принцип действия. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статический смысл. Тепловые машины и проблемы экологии.

Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя. Роль тепловых машин.

Тепловым двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей является ДВС. Принцип действия заключается в том, что энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу. Так внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию поршня.

2. Квантовая гипотеза Планка. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Фотоэлементы и их применение.

Только в идеальных условиях поная работа равна работе полезной. Отношение полезной работы к полной называется КПД. КПД любого мханизма всегда меньше 100%.
При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом обнаруживается его прерывистая структура, проявляемая, например, при фотоэффекте. Фотоэффектом называется вырывание электрона вещества под действием света. Различают два вида: внешний заключается в испускании электронов с поверхности вещества, внутренний связан с перераспределением электронов атомов по их состоянию в твердом теле, при поглощении им электромагнитного излучения. Установлен закон: максимальная скорость вылетающих электронов зависит от частоты колебаний электромагнитной волны и растет с увеличением частоты. Hv=Aвых + mV^2/2, где h постоянная Планка.

При испускании свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией E=hv, зависящей от частоты испускания. Сама световая частица получила название фотон, или световой квант. Энергия фотона часто выражается через циклическую частоту w=2Пv h-=h/2п=1.05*10^-34 Дж*с Тогда E = hv=h-w E=mc^2 Тогда m=hv/c^2/ Фотон не имеет массы. Таким образом p=mc=hv/c=h/лямда.

На основе внешнего фотоэффекта работают фотоэлементы (турникет в метро)Фотодиоды для измерения распределение температуры слабо нагретых тел. Солнечные батареи в космических аппаратах.

Все макроскопические процессы в природе протекают только в одном направлении. В обратном направлении они самопроизвольно протекать не могут. Необратимыми процессами называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении; в обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса. Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Второй закон ТД: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах (теплота сама собой переходит всегда от горячих тел к более холодным). В холодильниках охлаждение достигается за счет совершения работы. Важность этого закона состоит в том, что из него можно вывести заключение о необратимости не только процесса теплопередачи, но и других процессов в природе.

Гипотеза Планка. Планк высказал гипотезу о том, что абсолютно черное тело испускает и поглощает свет определенными порциями – квантами(quantum – количество). Значение минимальной порции энергии – кванта – по теории Планка прямо пропорционально частоте света.

Энергия кванта равна: ε γ = hυ. Планк получил формулу спектральной светимости: rυ = (2πυ2/c2)*(hυ/ehυ/(kT) – 1).

Билет №21

1. Электрическое взаимодействие и электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

1. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называется электромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной — электрическим за­рядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10^-19 Кл.Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда: q=e(N_p-N_e) где N_p — количество электронов, N_e — количество протонов.Полный заряд замкнутой системы(в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q₁ + q₂ +...+q_n = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зывается законом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим.

Электризация — это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F = k • q₁q₂/r², где q₁ и q₂ — модули зарядов, r — расстояние между ними, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ k = 9 • 10⁹ Н • м²/Кл². Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε. Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом: F= k • q₁q₂/(ε•r²)

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε₀. Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k = 1/4π ε₀ и численно равна ε₀ =8,85 • 10^-12 Кл/Н • м².

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε₀ )• (q₁q₂ /r²) Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).