Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон термодинамики.

В термодинамике рассматривается перемещение частиц макроскопического тела относительно друг друга. При совершении работы меняется объём тела. Скорость самого тела остается равной нулю, но скорости молекул тела меняются. Поэтому  меняется и температура тела.

Если в сосуде с газом поршень перемещается, то газ совершает работу.

A' = pΔV - работа газа (A' = - pΔV – работа внешних сил)

 

Любое тело (газ, жидкость или твердое) обладает энергией. Эта энергия называется внутренней, обусловлена она хаотическим (тепловым) движением и взаимодействием частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергии частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле:

 Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы. Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который для тепловых процессов читается так: изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершённой над системой. , где ΔU - изменение внутренней энергии, Q - количество теплоты, переданное системе, А - работа внешних сил.

Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А'. Тогда (количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение системой работы и изменение её внутренней энергии).
       Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающими телами. Пример теплоизолированного сосуда - термос. При адиабатном процессе Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счёт уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, А'= - ΔU. Если заставить газ совершить достаточно большую работу, то охладить его можно очень сильно. На этом основаны методы сжижения газов.

И наоборот, в процессе адиабатного сжатия будет   А' < 0, поэтому ∆U > 0: газ нагревается. Адиабатное нагревание воздуха используется в дизельных двигателях для воспламенения топлива.

 

 

13

       Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле.

Электрический заряд - физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Носителями отрицательных зарядов в атоме являются электроны, носителями положительных зарядов - протоны.

Все тела в обычном состоянии не заряжены. Чтобы тело получило заряд, его нужно наэлектризовать: отделить отрицательный заряд от связанного с ним положительного. Простейший способ электризации - трение.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц сохраняется:

q₁ + q₂ + q₃ + … + q_n = const

Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые - притягиваются.

Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным.

Неподвижные точечные электрические заряды q₁ и q₂ взаимодействуют в вакууме согласно закону Кулона с силой

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Это основной закон электростатики.

       Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элементарные частицы:

Взаимодействие зарядов осуществляется посредством электрического поля. Электрическим полем называют вид материи, посредством которой происходит взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля:

· порождается электрическим зарядом;

· обнаруживается по действию на ток;

· действует на заряды с некоторой силой.

Напряженность - силовая характеристика электрического поля.

Напряженность - векторная физическая величина, численно равная отношению силы, действующей на заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда

 

        

 

14

Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов.

Конденсатор обладает свойством накапливать и сохранять электрическую энергию.

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники называют обкладками конденсатора.

Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками:

 единица измерения емкости в СИ: Ф (фарад)

Виды конденсаторов: по виду диэлектрика - воздушные, слюдяные, керамические, электролитические
Энергия конденсатора:

где С - ёмкость конденсатора, (Ф) W- энергия (Дж)
q - заряд конденсатора, (Кл)
U - напряжение на обкладках конденсатора, (В)
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или работе по разделению положительных и отрицательных зарядов необходимой при зарядке конденсатора.

Конденсаторы применяются для накопления электрической энергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель и других радиоэлектронных устройствах.

15