Второй закон термодинамики

38.

37.

36.

35.

34.

33.

32.

31.

30.

29.

28.

27.

26.

25.

24.

23.

22.

21.

20.

19.

18.

17.

16.

15.

14.

13.

12.

11.

10.

9.

8.

7.

6.

5.

4.

3.

Зависимость координаты от времени

tg α₁ > tg α₂

следовательно, скорость тела 1 выше скорости тела 2 (v₁ > v₂).

tg α₃ = v₃ < 0

Если тело покоится, то графиком координаты является прямая, параллельная оси времени, то есть

х = х₀

Ускорение – это величина, которая характеризует быстроту изменения скорости.

Среднее ускорение > – это отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменении произошло. Определить среднее ускорение можно формулой:

Мгновенное ускорение тела (материальной точки) в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится среднее ускорение при стремлении промежутка времени к нулю. Иными словами – это ускорение, которое развивает тело за очень короткий отрезок времени:

Тангенциальное (касательное) ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траектории в данной точке траектории движения. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по модулю при криволинейном движении.

Свободное падение - это движение тел только лишь под действием притяжения Земли (под действием силы тяжести).

Угловой скоростью называется векторная величина, равная первой производной угла поворота тела по времени:

Угловым ускорением называется векторная величина, равная первой производной yгловой скорости по времени:

Первый закон Ньютона - существуют системы отсчёта (называемые инерциальными), в которых замкнутая система продолжает оставаться в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.

Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к телу силой и ускорением этого тела. Один из трех законов Ньютона.

Второй закон Ньютона утверждает, что ускорение, которое получает тело, прямо пропорционально приложенной к телу силе и обратно пропорционально массе тела.

=

Масса – физ. Величина, характеризующая меру инертности тела.

Сила- векторная физ величина, являющаяся мерой взаимодействия тела с другими телами, в результате которого тело приобретает ускорение (или изменяет свою форму или размеры).

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному переме­щению, называется силой трения.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения.

Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при деформации, называется силой упругости.

Третий закон Ньютона -Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны.

Сила тяжести -векторная величина, определяющая силу притяжения к Земле любого тела. Значение силы тяжести зависит от ускорения свободного падения в данном пункте; выражают в ньютонах (Н). G = mg

Вес тела - сила с которой, тело вследствие притяжения к Земле действет на опору или подвес. P=gm

НЕВЕСОМОСТЬ – состояние тела, при котором его вес равен нулю.

В состоянии невесомости все тела и их отдельные части перестают давить друг на друга.

Импульсом тела называется величина, равная произведению массы тела на его скорость.
Изменение импульса равно произведению силы на промежуток времени, в течении которого эта сила действует. p=m*v. Δp=F*Δt

Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел. p'₁+p'₂=p₁+p₂

ЭНЕРГИЯ - общая количественная мера различных форм движения материи. В физике различным физическим процессам соответствует тот или иной вид энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, гравитационная, ядерная и т. Д.

ЭНЕРГИЯ– скалярная функция состояния, имеющая размерность работы и сохраняющаяся для замкнутых систем.

Работа силы – произведение проекции силы на ось X на перемещение по этой оси.

A= (F cos α)*∆x

Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.
Мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинуса угла между ними. N=A/t. N=F*v*cos(α)

КОНСЕРВАТИВНЫЕ СИЛЫ– стационарные (т. е. не изменяющиеся с течением времени) потенциальные силы. К консервативным силам относятся описываемые законом всемирного тяготения гравитационные силы (в частности, сила тяжести), сила упругости, электростатические силы.

Потенциальная энергия - энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Е_p=mgh

Потенциальная энергия упруго деформированного тела - половина произведения коэффициента упругости на квадрат деформации.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ– при любых процессах, происходящих в системе при неизменных внешних условиях, ее полная энергия остается постоянной.

Абсолютно упругий удар - соударение двух тел, в результате которого в обоих участвующих в столкновении телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая энергия тел до удара после удара снова превращается в первоначальную кинетическую энергию.

Абсолютно неупругий удар - соударение двух тел, в результате которого тела соединяются, двигаясь дальше как единое целое. Абсолютно неупругий удар можно продемонстрировать с помощью шаров из пластилина (глины), которые движутся навстречу друг другу.

Поступательное движение -движение, при котором все точки твердого тела в инерциальной системе отсчета двигаются по одинаковым траекториям.

Поступательное движение тела в инерциальной системе отсчета отсутствует, если векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю - условие статического равновесия для поступательного движения.

Момент силы - произведение модуля силы, вращающее тело, на ее плечо.

M=Fl

Вращательное движение твердого тела в инерциальной системе отсчета не возникает, если алгебраическая сумма моментов (относительно произвольной оси вращения) всех сил, действующих на тело равна нулю:

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ твердого тела – геометрическая точка, через которую проходит равнодействующая всех сил тяжести, действующих на каждую частицу данного тела, при любой его ориентации в пространстве.

Центр тяжести однородного тела, имеющего центр симметрии (шар, прямоугольная или круглая пластины, цилиндр и т. д.), находится в этом центре. При этом центр тяжести может и не совпадать ни с одной из точек данного тела (например, у кольца).

При определении положения центра тяжести произвольной системы тел (с известным положением центра тяжести каждого тела этой системы в отдельности) следует исходить из того, что сумма моментов всех сил тяжести, действующих на тела системы, относительно оси, проходящей через центр тяжести системы, равна нулю. Математическая запись этого равенства дает уравнение, определяющее положение центра тяжести рассматриваемой системы.

На практике положение центра тяжести плоского тела неправильной формы можно определить следующим образом: если это тело подвешивать на нити, прикрепляемой последовательно к разным точкам тела, то отмеченные нитью направления пересекутся в одной точке, которая как раз и является центром тяжести данного тела.

Специа́льная тео́рия относи́тельности (СТО) — теория, описывающая преобразование законов движения, законов механики, электродинамики и лоренц-инвариантной теории гравитации на основе пространственно-временных отношений в инерциальных системах отсчёта, при скоростях движения, которые могут достигать скорости света.

Первый постулат является обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы и утверждает, что законы физики имеют одинаковую форму (инвариантны) во всех инерциальных системах отсчета: любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же системе, находящейся в состоянии равномерного прямолинейного движения. Состояние покоя или движения определяется здесь относительно произвольно выбранной инерциальной системы отсчета; физически эти состояния равноправны.
Второй постулат утверждает: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Преобразования Галилея – название преобразований в классической механике, согласно которым изменяются значения физических величин при переходе между различными инерционными системами отсчета.

Прямые преобразования Галилея

Обратные преобразования Галилиея

Механический принцип относительности (принцип относительности Галилея): законы динамики одинаковы во всех инерциальных систе­мах отсчета.

ЛОРЕНЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ - в специальной теории относительности - преобразования координат и времени к.-л. события при переходе от одной инерциалъной системы отсчёта (и. с. о.) к другой; выражают равноправие всех и. с. о. в описании законов природы.

Прямые преобразования Лоренца

Обратные преобразования Лоренца

Замедление времени или замедление хода движущихся часов, – явление, аналогичное рассмотренному выше сокращению длины. Оно состоит в изменении в g раз длительности измеряемых временных промежутков.

АТОМ – микрочастица, состоящая из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. В целом атом нейтрален, так как заряд ядра равен «+ Z е », а общий заряд электронов «– Z е ». Размеры атома определяются размерами его электронной оболочки и составляют примерно 10^–10 м. Масса атома определяется в основном массой его ядра и возрастает пропорционально количеству нуклонов в нем.

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА– это физическая величина, равная отношению числа частиц в теле (атомов – в атомарном веществе, молекул – в молекулярном) к постоянной Авогадро. Если два разных тела состоят из одного и того же числа частиц (хотя и разных), то по определению эти тела содержат одинаковое количество вещества (при этом массы тел могут не совпадать).

МОЛЯРНАЯ МАССА – это масса 1 моля вещества. Измеряется в килограммах на моль.

Деф е кт масс, разность между массой атома данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом, равным числу нуклонов в ядре данного изотопа. Д. м. связан с энергией связи нуклонов в ядре и характеризует устойчивость данного ядра. Иногда пользуются Д. м., отнесённым к одному нуклону, называемому упаковочным множителем

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА– это состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением плотности и других физических характеристик. Обычно выделяют три агрегатных состояния вещества – твердое, жидкое и газообразное. Увеличивая температуру газа при фиксированном давлении, можно получить частично, а затем полностью ионизованную плазму, которую часто считают четвертым состоянием вещества. С увеличением давления вещество может перейти в пятое – нейтронное – состояние, которое реализуется в природе в виде нейтронных звезд.

Фа́зовый перехо́д — переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:

· плавление и кристаллизация

· испарение и конденсация

· сублимация и десублимация

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов второго рода:

· прохождение системы через критическую точку

· переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядка — намагниченность)

· переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка — плотность сверхпроводящего конденсата)

· переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. — плотность сверхтекучей компоненты)

· переход аморфных материалов в стеклообразное состояние

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ– это теоретическая модель газа, в которой не учитываются размеры молекул (они считаются материальными точками) и их взаимодействие между собой (за исключением случаев непосредственного столкновения). Реальные газы хорошо описываются моделью идеального газа, когда средняя кинетическая энергия их частиц много больше потенциальной энергии их взаимодействия.

Равномерное распределение идеального газа является наиболее вероятным состоянием газа, т.е. наиболее часто встречающимся.

Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конеч­ном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энер­гии и т. д.).

Термодинамика не рассматривает микропроцессы, кото­рые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамика базируется на двух началах — фундаментальных за­конах, установленных в результате обобщения опытных данных.

Распределение молекул идеального газа по скоростям при определенной температуре является статистической закономерностью. Наиболее вероятная скорость молекул – скорость, которой обладает максимальное число молекул.

ТЕМПЕРАТУРА – это скалярная физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия макроскопической системы и интенсивность теплового движения ее частиц. Температура всех тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, одинакова. При контакте тел с разной температурой энергия переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Температура является одним из макроскопических параметров состояния тел и не имеет смысла для систем, состоящих из одного или нескольких атомов.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ шкала - абсолютная шкала температур, не зависящая от свойств термометрического вещества (начало отсчета - абсолютный нуль температуры). Построение термодинамической температурной шкалы основано на втором начале термодинамики и, в частности, на независимости кпд Карно цикла от природы рабочего тела.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА – это уравнение, связывающее макроскопический параметр состояния газа – его давление – с микроскопическими параметрами газа – массой молекулы, концентрацией молекул и их средней квадратичной скоростью: давление пропорционально массе молекулы, их концентрации и квадрату средней квадратичной скорости. Коэффициент пропорциональности равен 1/3.

УРАВНЕНИЕ МЕНДЕЛЕЕВА–КЛАПЕЙРОНА -Уравнение связывает все три макроскопических параметра. Причем, такое отношение этих параметров в первом состоянии будет равно такому же отношению в другом состоянии.

(p₁*V₁)/T₁=(p₂*V₂)/T₂=const

ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянном объеме. Для осуществления изохорного процесса газ помещают в герметичный сосуд, не меняющий своего объема.

ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянном давлении. Изобара – линия на диаграмме состояния, являющаяся графиком изобарного процесса.

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС– это процесс, происходящий в системе при постоянной температуре. Изотерма – кривая на диаграмме состояния газа, отражающая ход изотермического процесса.

Адиабатный процесс– это модель термодинамического процесса, происходящего в системе без теплообмена с окружающей средой. Линия на термодинамической диаграмме состояний системы, изображающая равновесный (обратимый) адиабатический процесс, называется адиабатой.

В идеальном газе потенциальная энергия взаимодействия молекул пренебрежимо мала и внутренняя энергия равна сумме энергий отдельных молекул

Ввиду полной беспорядочности движения молекул в газе все направления перемещения молекулы равновероятны. Поэтому на каждую степень свободы поступательного движения приходится в среднем энергия

.

Внутренняя энергия на один моль идеального газа

Закон Архимеда формулируется следующим образом: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа)(называемая силой Архимеда) F_A = ρ gV

Подъёмная сила составляющая полной силы давления жидкой или газообразной среды на движущееся в ней тело, направленная перпендикулярно к скорости тела (к скорости центра тяжести тела, если оно движется непоступательно).

Число степеней свободы: наименьшее число независимых координат, определяющих положение и конфигурацию молекулы в пространстве.

закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная kT/2, а на каждую колебательную степень свободы — в среднем энергия, равная kT.

Работа над газом выполняется внешними силами при его сжатии. Работа самого газа выполняется при его расширении. Пусть газ расширяется так, что поршень поднимается на величину dx. Тогда газ выполнит работу (S – площадь поршня). Получим

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ – изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.

При изохорном процессе: Q=∆U

При изотермическом: Q=A

При изобарном: Q=∆U+A

При адиабатном: A= -∆U

Первая формулировка: невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым.

Вторая формулировка: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара.

Третья формулировка: невозможен вечный двигатель второго рода.

Четвертая формулировка: все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна.

ОБРАТИМЫЙ ПРОЦЕСС - это тепловой процесс, который может протекать как в прямом, так и в обратном направлении через те же самые промежуточные состояния. Чтобы процесс был обратимым, он должен протекать очень медленно.

НЕОБРАТИМЫЙ ПРОЦЕСС - физ. процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении. К Н. п. относятся: диффузия, теплопроводность, вязкое течение, электропроводность и др. процессы, при которых происходит направленный пространственный перенос вещества, энергии, импульса или заряда.

Дата добавления: 2015-04-24