1. Скорость прямолинейного равномерного движенияПростейший вид механического движения - равномерное прямолинейное движение. С этим видом движения учащиеся уже знакомы из курса физики и математики предыдущих классов.Ø Прямолинейное равномерное движение - это такое движение, когда материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.Одной из основных кинематических характеристик движения является скорость:Ø Скорость прямолинейного равномерного движения - это физическая величина, равная отношению перемещения к промежутку времени t, за который произошло это перемещение.Как видим из определения, скорость является векторной величиной: направление скорости совпадает с направлением перемещения. В случае прямолинейного равномерного движения модуль перемещения s совпадает с путем l, поэтому в этом случае можно записать, чтоЕдиница скорости в СИ - 1 м/с.Ø 1 м/с равна скорости такого прямолинейного равномерного движения, при котором материальная точка за 1 с перемещается на расстояние 1 м.2. Перемещение в случае прямолинейного равномерного движенияВоспользовавшись формулой для скорости можно вычислить перемещения тела за любой промежуток времени: Эту же формулу можно в проекциях:Если известны скорость тела и время равномерного движения, то можно вычислить пройденный телом путь: l = t, а также можно вычислить и время движения:3. Уравнение для координаты в случае прямолинейного равномерного движенияОсновная задача механики заключается в умении определять положение (координату) тела, что движется, в любой момент времени.Воспользуемся уравнением для координаты тела, движущегося: x = x0 + sx. Поскольку для прямолинейного равномерного движения sx = xt, то в этом случае уравнение для координаты будет иметь вид:С этой формулы, зная начальное положение тела (х0), скорость и направление движения тела (проекцию скорости x), можно определить положение тела в любой момент времени, т.е. решить основную задачу механики.Если начальная координата тела равна нулю (х0 = 0), то уравнение для координаты имеет следующий вид:
Первый закон термодинамики Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии применительно к термодинамическим процессам: энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в эквивалентных количествах. Примером может послужить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот. Если к М кг газа, занимающего объем V (м3) при температуре Т подвести при постоянном давлении некоторое количество теплоты dQ, то в результате этого температура газа повысится на dT, а объем – на dV. Повышение температуры связано с увеличением кинетической энергии движения молекул dK. Увеличение объема сопровождается увеличением расстояния между молекулами и, как следствие, уменьшением потенциальной энергии dH взаимодействия между ними. Кроме того, увеличив объем, газ совершает работу dA по преодолению внешних сил. Если, кроме указанных, никаких иных процессов в рабочем теле не происходит, то на основании закона сохранения энергии можно записать: dQ = dK + dH + dA. Сумма dK + dH представляет собой изменение внутренней энергии dU молекул системы в результате подвода теплоты. Тогда формулу сохранения энергии для термодинамического процесса можно записать в виде: dQ = dU + dA или dQ = dU + pdV. Это уравнение представляет собой математическое выражение первого закона термодинамики: количество теплоты dQ, подводимое к системе газа, затрачивается на изменение ее внутренней энергии dU и совершение внешней работы dA. Условно считают, что при dQ > 0 теплота сообщается рабочему телу, а при dQ < 0 теплота отнимается от тела. При dA > 0 система совершает работу (газ расширяется), а при dA < 0 работа совершается над системой (газ сжимается). Для идеального газа, между молекулами которого нет взаимодействия, изменение внутренней энергии dU полностью определяется изменением кинетической энергии движения (т. е. увеличением скорости молекул), а изменение объема характеризует работу газа по преодолению внешних сил. Первый закон термодинамики имеет еще одну формулировку: энергия изолированной термодинамической системы остается неизменной независимо от того, какие процессы в ней протекают. Невозможно построить вечный двигатель первого рода, т. е. периодически действующую машину, которая совершала бы работу без затраты энергии. *** Второй закон термодинамики Первый закон термодинамики описывает количественные соотношения между параметрами термодинамической системы, имеющими место в процессах преобразования тепловой энергии в механическую и наоборот, но не устанавливает условия, при которых эти процессы возможны. Эти условия, необходимые для преобразования одного вида энергии в другой, раскрывает второй закон термодинамики. Существует несколько формулировок этого закона, и каждая из них имеет одинаковое смысловое содержание. Здесь приведены наиболее часто упоминающиеся формулировки второго закона термодинамики. 1. Для превращения теплоты в механическую работу необходимо иметь источник теплоты и холодильник, температура которого ниже температуры источника, т. е. необходим температурный перепад. 2. Нельзя осуществить тепловой двигатель, единственным результатом действия которого было бы превращение теплоты какого-либо тела в работу без того, чтобы часть теплоты не передавалась другим телам. Из этой формулировки можно сделать вывод, что невозможно построить вечный двигатель, совершающий работу благодаря лишь одному источнику теплоты, поскольку любой, даже самый колоссальный источник теплоты в виде материального тела не отдать тепловой энергии больше, чем ему позволяет энтальпия (часть полной энергии тела, которую можно превратить в теплоту, охладив тело до температуры абсолютного нуля). 3. Теплота не может сама по себе переходить от менее нагретого тела к более нагретому без затраты внешней работы. Как видите, второй закон термодинамики не имеет в своей основе формулярнго содержания, а лишь описывает условия, при которых возможны те или иные термодинамические явления и процессы, подтверждая, по сути, общий закон сохранения энергии. ***
Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии применительно к термодинамическим процессам: энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в эквивалентных количествах. Примером может послужить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот. Если к М кг газа, занимающего объем V (м3) при температуре Т подвести при постоянном давлении некоторое количество теплоты dQ, то в результате этого температура газа повысится на dT, а объем – на dV. Повышение температуры связано с увеличением кинетической энергии движения молекул dK.
Увеличение объема сопровождается увеличением расстояния между молекулами и, как следствие, уменьшением потенциальной энергии dH взаимодействия между ними. Кроме того, увеличив объем, газ совершает работу dA по преодолению внешних сил.
Если, кроме указанных, никаких иных процессов в рабочем теле не происходит, то на основании закона сохранения энергии можно записать: dQ = dK + dH + dA. Сумма dK + dH представляет собой изменение внутренней энергии dU молекул системы в результате подвода теплоты.
Тогда формулу сохранения энергии для термодинамического процесса можно записать в виде: dQ = dU + dA или dQ = dU + pdV. Это уравнение представляет собой математическое выражение первого закона термодинамики: количество теплоты dQ, подводимое к системе газа, затрачивается на изменение ее внутренней энергии dU и совершение внешней работы dA. Условно считают, что при dQ > 0 теплота сообщается рабочему телу, а при dQ < 0 теплота отнимается от тела. При dA > 0 система совершает работу (газ расширяется), а при dA < 0 работа совершается над системой (газ сжимается). Для идеального газа, между молекулами которого нет взаимодействия, изменение внутренней энергии dU полностью определяется изменением кинетической энергии движения (т. е. увеличением скорости молекул), а изменение объема характеризует работу газа по преодолению внешних сил. Первый закон термодинамики имеет еще одну формулировку: энергия изолированной термодинамической системы остается неизменной независимо от того, какие процессы в ней протекают.
Невозможно построить вечный двигатель первого рода, т. е. периодически действующую машину, которая совершала бы работу без затраты энергии. *** Второй закон термодинамики Первый закон термодинамики описывает количественные соотношения между параметрами термодинамической системы, имеющими место в процессах преобразования тепловой энергии в механическую и наоборот, но не устанавливает условия, при которых эти процессы возможны. Эти условия, необходимые для преобразования одного вида энергии в другой, раскрывает второй закон термодинамики. Существует несколько формулировок этого закона, и каждая из них имеет одинаковое смысловое содержание. Здесь приведены наиболее часто упоминающиеся формулировки второго закона термодинамики. 1. Для превращения теплоты в механическую работу необходимо иметь источник теплоты и холодильник, температура которого ниже температуры источника, т. е. необходим температурный перепад. 2. Нельзя осуществить тепловой двигатель, единственным результатом действия которого было бы превращение теплоты какого-либо тела в работу без того, чтобы часть теплоты не передавалась другим телам.
Из этой формулировки можно сделать вывод, что невозможно построить вечный двигатель, совершающий работу благодаря лишь одному источнику теплоты, поскольку любой, даже самый колоссальный источник теплоты в виде материального тела не отдать тепловой энергии больше, чем ему позволяет энтальпия (часть полной энергии тела, которую можно превратить в теплоту, охладив тело до температуры абсолютного нуля). 3. Теплота не может сама по себе переходить от менее нагретого тела к более нагретому без затраты внешней работы. Как видите, второй закон термодинамики не имеет в своей основе формулярнго содержания, а лишь описывает условия, при которых возможны те или иные термодинамические явления и процессы, подтверждая, по сути, общий закон сохранения энергии. ***