Адиабатный процесс. Показатель адиабаты.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒

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.

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 q₁и 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).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой

притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках.

2. Строение атома. Опыты Резерфорда. Квантовые постулаты Бора.

2. Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопилось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения атомов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а- частиц при прохождении через тонкие слои вещества. В этих опытах узкий пучок α -частиц, испускаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обнаружено, что большинство α -частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохождения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые α -частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние α -частиц Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд не распределен равномерно в шаре радиусом 10^{-10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома — атомном ядре. При прохождении около ядра α -частица, имеющая положительный заряд, отталкивается от него, а при попадании в ядро — отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует центральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10-15} μ. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вращаются электроны (как планеты вокруг Солнца). Заряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом — это устойчивая система; при движении по круговой орбите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непрерывный спектр, на практике же получается иное:электроны атомов излучают свет, имеющий линейчатый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.В основу своей теории Бор положил два постулата. Первый постулат: атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона соответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Е_m – Ε_n; h = 6,62 • 10^-34 Дж • с, где h — постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии. Принцип соответствия: применение новой, более общей физической теории к предметной области, где справедлива менее общая физическая теория, должно дать те же результаты, что и при использовании расчетных соотношений последней.

Опыт Франка и Герца. В1913г., исследовались столкновения электронов с атомами ртути. В стеклянной трубке находились пары ртути. Электроны, вылетевшие из катода, нагреваемого Эл. Током, ускоряются эл. полем м\у катодом К и сеткой С. Их кинетическая энергия при достижения сетки равна работе эл поля eU (e-заряд электрона, U- ускоряющее напряжение). М\у сеткой С и анодом А электроны тормозятся эл полем, созданным батарее G2. Напряжение м\у сеткой С и анодом А =0,5в.

Пока напряжение м\у сеткой и катодом не превосходит 4,9в, возрастание напряжения сопровождается увеличением силы тока в цепи. Резкое уменьшение силы тока в цепи анода при достижении напряж 4,9в, м\у катодом и сеткой заставляет сделать вывод о том, что электроны, обладающие кинетич энергией 4,9в, полностью теряют ее в результате столкновений с атомами ртути. Исходя из этих результатов можно сделать вывод, что разность энергий первого возбужденного стационарного состояния аома ртути Е₂ и основного стацион состояния Е₁ равна 4,9в Е₂-Е₁=4.9в

Наблюдения показали, что пока напряжение м\у катодом и сеткой <4,9в пары не излучают, а при достижении пары испускают ультрафиолетовое излучение с указанной частотой. Таким образом опыты Франка и Герца явились экспериментальным подтверждением правильности основных положений теории Бора

Билет № 22

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линия напряженности.

Главное свойство электрического поля — действие его на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами.

Напряженность электрического поля. Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд.

Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо пропорциональная этому заряду. Действительно, пусть поле создается точечным зарядом q₁. Согласно закону Кулона на заряд q₂ действует сила, пропорциональная заряду q₂. Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту характеристику называют напряженностью электрического поля. Подобно силе, напряженность поля— векторная величина; ее обозначают буквой Е. Если помещенный в поле заряд обозначить через q

вместо q₂то напряженность будет равна:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 Следующая ⇒

Date: 2016-11-17; view: 395; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.015 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию