Билет 4

2. Изопроцессы
Изопроцессы - это процессы, протекающие при неизменном значении одного
из макроскопических параметров (р, V, Т).Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических
тел при постоянной температуре называют изотермическим.
Изотермический процесс описывает закон Бойля- Мариотта, открытый в 1861
г. английским ученым Р. Бойлем (1627-1691) и в 1876 г. французским ученым
Э. Мариоттом (1620-1684). При постоянной массе газа pV = const.
Для газа данной массы произведение давления на его объем постоянно, если
температура не меняется.
Графики изотермического процесса в координатах р-V; р-Т; V-Т имеют
следующий вид (рис. 27):
Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном
давлении называется изобарным. Из уравнения Менделеева-Клапейрона
следует, что при
постоянной массе газа
Для данной массы газа отношение объема к температуре постоянно, если
давление газа не меняется.
Этот закон был установлен экспериментально в 1802 г. французским ученым
Ж. Гей-Люссаком (1778-1850).
Графики изобарического процесса в координатах р-V; V-Т; р-Т имеют
следующий вид (рис. 28):
Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном
объеме называется изохорным. Из уравнения Менделеева-Клапейрона
можно записать:Для данной массы газа отношение давления к температуре постоянно, если
его объем не меняется. Графики изохорного процесса в координатах р-V; V-Т;
р-Т имеют следующий вид (см. рис. 29). Этот закон был установлен
экспериментально в 1787 г. Ж. Шарлем (1746-1823).
1. Полная механическая энергия частицы – энергия механического движения и
взаимодействия, равная умме кинетической и потенциальной энергий: E = Ek +
Ep. Внешние силы не имеют отношения к силовму полю, в котором находятся частицы,
они могут быть и консервативными, и неконсервативными. Работа последних сил не
может быть учтена как изменение потенциальной энергии системы.
Закон сохранения механической энергии частицы:
полная механическая энергия частицы в стационарном поле консервативных сил
остается неизменной во времени, если внешние силы отсутствуют или таковы, что не
совершают работы в течение рассматриваемого времени: E = Ek + Ep = const .
Механическая энергия системы определяется как E = Ek + Ep
соб . Изменение
механической энергии замкнутой системы равно алгебраической сумме работ всех
внутренних неконсервативных сил
E2 - E1 =
неконмервAвнутр.
Закон сохранения механической энергии системы:
механическая энергия замкнутой системы частиц, в которой отсутствуют
неконсервативные силы, сохраняется в процессе движения.
Полная механическая энергия системы во внешнем поле равна сумме кинетической
и потенциальной энергий E = Ek +
собEp +
внешEp.
Закон сохранения полной механической энергии системы, находящейся во
внешнем стационарном поле консервативных сил: в инерциальной системе отсчета
полная механическая энергия замкнутой системы частиц, в которой нет внутренних
неконсервативных сил, остается постоянной в процессе движения.
Закон Сохранения Механической Энергии
Если в замкнутой системе не действуют силы, трения и силы
сопротивления, то сумма кинетической и потенциальной энергии всех
тел системы остается величиной постоянной.
Рассмотрим пример проявления этого закона. Пусть тело, поднятое над
Землей, обладает потенциальной энергией Е1 = mgh1 и скоростью
v1 направленной вниз. В результате свободного падения тело переместилось
в точку с высотой h2 (E2 = mgh2), при этом скорость его возросла от v1 до v2.
Следовательно, его кинетическая энергия возросла от
Запишем уравнение кинематики:
Умножим обе части равенства на mg, получим:После преобразования получим:
Рассмотрим ограничения, которые были сформулированы в законе
сохранения полной механической энергии.
Что же происходит с механической энергией, если в системе действует сила
трения?
В реальных процессах, где действуют силы трения, наблюдается отклонение
от закона сохранения механической энергии. Например, при падении тела на
Землю сначала кинетическая энергия тела возрастает, поскольку
увеличивается скорость. Возрастает и сила сопротивления, которая
увеличивается с возрастанием скорости. Со временем она будет
компенсировать силу тяжести, и в дальнейшем при уменьшении
потенциальной энергии относительно Земли кинетическая энергия не
возрастает.
Это явление выходит за рамки механики, поскольку работа сил
сопротивления приводит к изменению температуры тела. Нагревание тел при
действии трения легко обнаружить, потерев ладони друг о друга.
Таким образом, в механике закон сохранения энергии имеет довольно
жесткие границы.
Изменение тепловой (или внутренней) энергии возникает в результате
работы сил трения или сопротивления. Оно равно изменению механической
энергии. Таким образом, сумма полной энергии тел при взаимодействии есть
величина постоянная (с учетом преобразования механической энергии во
внутреннюю).
Энергия измеряется в тех же единицах, что и работа. В итоге отметим, что
изменить механическую энергию можно только одним способом - совершить
работу.