- Сила, работа и потенциальная энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Работы и кинетическая энергия.
- Изохорический, изобарический, изотермический, адиабатический процессы в идеальных газах.
Вопрос 1.
Сила – влияние одного тела (или поля) на другое тело, вызывающее ускорение.
Сейчас выделяют 4 типа сил или взаимодействий:
- Гравитационные
- Электромагнитные
- Сильные (ответственные за связи частиц в ядрах)
- Слабые
Потенциальная энергия упругой пружины равна работе, совершенной над пружиной.
Если постоянная сила будет действовать на тело, то оно будет перемещаться в направлении вектора силы. Тогда элементарной работой будет произведение силы на перемещение.
Консервативная сила – сила, которая не зависит от пути, по которому двигалось тело, а зависит только от начального и конечного положения тела.
Если на систему материальных тел действуют консервативные силы, то можно ввести понятие потенциальной энергии.
Потенциальная энергия – функция состояния, зависящая только от координат всех тел системы в поле консервативных сил.
Связывая понятие работы с потенциальной энергией, работа выглядит следующим образом:
Т.е. работа есть изменение потенциальной энергии тела.
Кинетическая энергия - функция состояния системы, определяемая только скоростью.
Также можно отметить, что работы силы, приложенной к телу на пути r численно равна изменению кинетической энергии этого тела.
Вопрос 2.
1. Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const. Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля:
При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т = const.
График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорического процесса на РТ- и VT-диаграммах (рис. 1.6). Уравнение изохоры:
График изохорного процесса:
Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изохорического процесса записывается в виде
где Р0 – давление при 0 °С, α - температурный коэффициент давления газа равный 1/273 град-1. График такой зависимости на Рt-диаграмме имеет вид, показанный на рисунке ниже.
2. Изобарический процесс. Закон Гей-Люссака. Р = const.
Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака:
При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T= const.
График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобарического процесса на РV- и РT-диаграммах (рис. 1.8).
Уравнение изобары:
.
Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изобарического процесса записывается в виде
где α =1/273 град -1- температурный коэффициент объёмного расширения. График такой зависимости на Vt диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 1.9.
3. Изотермический процесс. Закон Бойля – Мариотта. T = const.
Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре Т.
Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля – Мариотта:
При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.
График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Полезно знать графики изотермического процесса на VT- и РT-диаграммах (рис. 1.10).
Рис. 1.10
Уравнение изотермы:
4. Адиабатический процесс (изоэнтропийный):
Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.
График адиабатического процесса (адиабата) выглядит тоже представляет собой гиперболу, но более крутую, чем у изотермы.
