Билеты по физике (стр. 3 из 8)

∆U =Q. Если газ нагревается, то Q>0 и ∆U >0, его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении газа Q<0 и ∆U=U₂— U₁<0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа уменьшается.

Изотермический процесс. При изотермическом процессе (T==const) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы: Q==A'. Если газ получает теплоту (Q>0), то он совершает положительную работу (А'>0). Если, напротив, газ отдает теплоту окружающей среде (термостату), то Q<0 и А'<0. Работа же внешних сил над газом в последнем случае положительна.

Изобарный процесс. При изобарном процессе передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

Адиабатный процесс.

Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным. При адиабатном процессе Q=0 и согласно уравнению ∆U=А+Q изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы: ∆U=А

Нельзя окружить систему оболочкой, абсолютно не допускающей теплопередачу. Но в ряде случаев можно считать реальные процессы очень близкими к адиабатным. Для этого они должны протекать достаточно быстро, так, чтобы за время процесса не произошло заметного теплообмена между системой и окружающими телами.

Билет№7

Принципы действия тепловых двигателей.

Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счет повышения температуры рабочего тела на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива

Рабочим телом у всех тепловыхдвигателей является газ, который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через t₁.

В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Температуру Т₁ называют температурой нагревателя.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя. Невозможность полного превращения внутренней энергии газа в работу тепловых двигателей обусловлена необратимостью процессов в природе. Если бы теплота могла самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя.

Согласно закону сохранения энергии работа, совершаемая двигателем, равна:

A'=|Q_l|-|Q₂|

где Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, aQ₂ —количество теплоты, отданное холодильнику.

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение работы А', совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

КПД теплового двигателя меньше единицы. При Т₁—Т₂=0 двигатель не может работать.

Максимальное значение КПД тепловых двигателей. Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т₁, и холодильником с температурой Т₂. Впервые это сделал французский инженер и ученый Сади Карно .

Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Он получил для КПД этой машины следующее значение:

Как и следовало ожидать, КПД машины Карно прямо

пропорционален разности абсолютных температур нагревателя и холодильника.

Главное значение этой формулы состоит в том, как доказал Карно, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т₁, и холодильником с температурой Т₂ не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

При температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η=1

Тепловые двигатели и охрана природы. Повсеместное применение тепловых двигателей с целью получения удобной для использования энергии связано с воздействием на

окружающую среду. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительного количества теплоты, что должно привести к постепенному повышению средней температуры на Земле. Сейчас мощность двигателей в целом составляет около 10¹⁰ кВт. Когда эта мощность достигнет 3*10¹² кВт, то средняя температура повысится примерно на один градус. Дальнейшее повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Кроме того, на Земле может возникнуть “паровой эффект”.

Применение паровых турбин на электростанциях требует больших площадей под пруды для охлаждения отработанного пара.

Охрана: Необходимо повышать эффективность сооружений, препятствующих выбросу в атмосферу вредных веществ, добиваться более полного сгорания топлива в автомобильных двигателях. Уже сейчас не допускаются к эксплуатации автомобили с повышенным содержанием СО в отработанных газах. Создают электромобили, способние конкурировать с обычными, и возможность применения горючего без вредных веществ в отработанных газах, например в двигателях, работающих на смеси водорода с кислородом.

Билет№8

Электризация тел и ее применение в технике. Значительная электризация происходит при трении синтетических тканей. Снимая нейлоновую рубашку в сухом воздухе, можно слышать характерное потрескивание. Между заряженными участками трущихся поверхностей проскакивают маленькие искорки. С подобными явлениями приходится считаться на производстве. Так, нити пряжи на текстильных фабриках электризуются за счет трения, притягиваются к веретенам и роликам и рвутся. Электризация тел при тесном контакте используется в электрокопировальных установках типа «Ксерокс» и др.<

Опыт с электризацией пластин доказывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, нейтральными в первый момент. Небольшая часть электронов переходит с одного тела на другое. При этом новые частицы не возникают, а существовавшие ранее не исчезают. При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Этот закон для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Если заряды частиц обозначить через q₁ ,q₂ и т.д., то

q₁ , +q₂ +q₃ +…+q_n= const

Справедливость закона сохранения заряда подтверждают наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Причина сохранения заряда до сих пор неизвестна.

Закон Кулона. Опыты Кулона привели к установлению закона поразительно напоминающего закон всемирного тяготения.Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояние между ними. Эту силу называют кулоновской.

Если обозначить модули зарядов через |q₁| и |q₂|, а расстояние между ними через r, то закон Кулона можно записать в следующей форме:

где k — коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины. Его значение зависит от выбора системы единиц.

Билет№9

Электрическое поле.

Электрическое поле существует реально; его свойства можно исследовать опытным путем. Неизвестно из чего оно состоит.

Дом состоит из кирпичей, плит и других материалов, которые в свою очередь состоят из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из элементарных частиц. Более же простых образований, чем элементарные частицы, мы не знаем. Так же обстоит дело и с электрическим полем, ничего более простого, чем поле, мы не знаем. Поэтому о природе электрического поля мы можем сказать лишь следующее:

во-первых, поле материально; оно существует независимо от нас, от наших знаний о нем;

во-вторых, поле обладает определенными свойствами.

Основные свойства электрического поля.Главное свойство электрического поля — действие его на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Напряженность электрического поля. Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд.

Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо

пропорциональная этому заряду. Действительно, пусть поле создается точечным зарядом q₁. Согласно закону Кулона на заряд q₂ действует сила, пропорциональная заряду q₂. Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту характеристику называют напряженностью электрического поля. Подобно силе, напряженность поля—векторная величина; ее обозначают буквой Е. Если помещенный в поле заряд обозначить через q вместо q₂ то напряженность будет равна: