четвер, 31 грудня 2020 р.

Теплові двигуни

Поняття про роботу двигунів
 внутрішнього згорання



Двигун внутрішнього згорання та його 4 такти


Домашнє завдання:
1. Опрацювати та вивчити параграф 77 з підручника "ФІЗИКА 10 клас"
2. Опрацювати та вивчити параграф 11,12 з підручника "ФІЗИКА 10 клас" Мякішев, Синяков

вівторок, 29 грудня 2020 р.

Холодильна машина

Поняття про принцип дії 
холодильної машини


Цикл Карно
Якщо машину, яка працює за циклом Карно, змусити за допомогою іншої машини або мотора виконувати обернений цикл у напрямі 1-4-3-2-1, то в такому разі зовнішні сили виконуватимуть роботу над системою, у результаті чого система перетворюватиме частину цієї  роботи в теплоту.

понеділок, 28 грудня 2020 р.

Друге начало термодинаміки

Друге начало термодинаміки  та теплова смерть Всесвіту

Відомий англійський письменник Чарльз Сноу вважав, що критерієм інтелігентності сучасної людини з гуманітарною освітою служить ступінь обізнаності з другим законом термодинаміки.

Другий закон термодинаміки, як і перший, є узагальненням  багатовікового досвіду людей. Існує близько тринадцяти (!!!) рівноцінних формулювань даного закону.
1. Неможливим є коловий процес, єдиним наслідком якого було б перетворення кількості теплоти, одержаної від нагрівника, в еквівалентну їй  роботу (Томсон-Кельвін).
2. Неможливим є коловий процес, єдиним результатом якого було б передавання енергії у формі теплоти від холодного тіла до гарячого (Клаузіус).

3. Вічний двигун другого роду неможливий (Освальд).

4. Теорема Карно:

Термічний ККД оборотнього циклу Карно не залежить від властивостей робочого тіла і виражається формулою

ηк = (Tн – Тх)/Тн

Термічний ККД необоротного циклу Карно завжди менший термічного ККД оборотнього циклу Карно, який здійснюється між тими ж температурами Tн  та Тх:
ηк необор < ηк  обор 

Термічний ККД довільного оборотнього циклу не перевищує термічного ККД оборотнього циклу Карно: 
 ηобор ≤ ηк  обор = (Tн – Тх)/Тн

5. У замкненій (ізольованій) системі ентропія зростає або є сталою: 
ΔS ≥ 0, 
TdS ≥ dU + pdV


неділя, 27 грудня 2020 р.

Цикл Карно

Тепловий двигун
 Ідеальна теплова машина 



Блок-схема теплового двигуна
Тепловий двигун – це пристрій, який перетворює внутрішню енергію палива в механічну. 
Енергія, яка виділяється під час згорання палива, через теплообмін передається газу. Газ, розширяючись, виконує роботу проти зовнішніх сил і приводить у рух механізм.

Для того щоб двигун працював циклічно, газ стискається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу). Робоче тіло двигуна дістає кількість теплоти ΔQн   від нагрівника, виконує роботу А над зовнішніми тілами і передає кількість теплоти ΔQх   холодильнику. Оскільки система після закінчення циклу повертається до початкового стану, зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю (ΔU = 0) і за першим законом термодинаміки 

ΔА = ΔQн–ΔQх, 

де ΔА - механічна робота, яку виконує газ, ΔQн  - кількість теплоти, одержаної від нагрівника,  ΔQх  кількість теплоти, переданої холодильнику.

Величина η:

 η = (ΔQн–ΔQх)/ΔQн = ΔА/ΔQн

називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплової машини.


Цикл Карно

Французький інженер С. Карно з’ясував умови роботи ідеальної теплової машини. З усіх теплових машин, які працюють з нагрівником, що має температуру Тн, і холодильником, що має температуру Тх , найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює за циклом Карно, який складається з двох ізотерм і двох адіабат. 

субота, 26 грудня 2020 р.

«Демон Максвелла»

 Начала термодинаміки або хто такий «демон Максвелла»?

        
Одним із розділів молекулярної фізики є «Термодинаміка». В основі цього розділу лежать три закони-начала.

Нульове начало термодинаміки
Будь-яка система прямує до стану теплової рівноваги. Система самовільно з цього стану вийти не може.

Перше начало термодинаміки 
(одне з 5-ти формулювань)
Кількість теплоти, яка надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи та на виконання системою роботи проти зовнішніх сил:

ΔQ = ΔU + ΔA'



Перше начало є, за своєю сутністю, законом збереження енергії, застосованим до теплових процесів. Одним із наслідків цього закону є неможливість створення вічного двигуна першого роду.

Відомий вчений, Рудольф Клаузіус, вивчаючи теплові процеси, показав, що тепло найімовірніше безпосередньо може переходити лише від гарячих тіл до холодних (хоча перехід "навпаки" не заборонений законом збереження енергії). 
Це твердження носить назву 

другого начала термодинаміки. 

понеділок, 21 грудня 2020 р.

"Туманна спідничка" винищувача

  Адіабатичний процес та надзвукові літаки  
 цікаво...

Ефекту "конденсатного одягу"
  

Адіабатичний процес – це процес, який проходить без теплообміну з навколишнім середовищем. У природі такі процеси зустрічаються досить часто. Процес стиснення-розрідження повітря при проходженні звукової хвилі, процеси перемішування великих повітряних мас а також процеси нагрівання та запалення робочої суміші у дизельних двигунах внутрішнього згорання – це далеко не повний перелік реальних процесів, які описуються рівнянням Пуассона.

Але одне явище є надзвичайно несподіваним та дуже цікавим.

Атмосфера. Розглянемо її у стані, коли водяної пари є достатньо багато, і вона близька до насичення. Якщо літак пролітає в такій атмосфері і намагається перевершити звуковий бар’єр, то він, немов би наряджається в «туманну спідничку».

неділя, 20 грудня 2020 р.

ДЗ №11 (10 клас)

Молекулярна  (статистична) фізика

Домашнє завдання №11
ДЗ №11  виконати, акуратно оформити з поясненням 
та здати в СередУ 30.12.2020 року 
до першого уроку в класрум


682. Балон місткістю 16,6 л був наповнений киснем при температурі 27°С. Після того як частину кисню витратили, тиск у балоні знизився на 3×105 Па. Скільки кисню було витрачено? Молярна маса кисню 0,032 кг/моль, R = 8,3 Дж/(моль×К).
683. Кисень при температурі 87°С і тиску 3×105 Па займає об’єм 24,9 л. Яка його маса? Молярна маса кисню 0,032 кг/моль, R = 8,3 Дж/(моль×К).
684. Манометр на балоні з газом у приміщенні з температурою t = 15°С показує надлишковий тиск Р = 140 кПа. На вулиці покази манометра зменшились на DР = 20 кПа. Визначте абсолютну температуру повітря на вулиці. Атмосферний тиск 105 Па.

субота, 19 грудня 2020 р.

Перше начало термодинаміки


Перше начало термодинаміки


Термодинаміка – це розділ фізики, в якому з найбільш загальних позицій (без розгляду молекулярних уявлень про будову речовини) розглядаються процеси обміну енергії між об’єктом, який вивчається та оточуючим його середовищем.
У природі існує закон збереження і перетворення енергії.

У всіх процесах, які проходять в природі, енергія не зникає безслідно і не створюється з нічого, а переходить  від одного тіла до іншого і перетворюється з одного виду в інший в еквівалентних кількостях.

Усі форми енергії: кінетична, потенціальна, внутрішня, електромагнітна, хімічна, внутрішньоатомна тощо здатні перетворюватися одна в одну. І саме можливість взаємного перетворення усіх форм енергії зумовлює багатство і різноманітність явищ природи.


пʼятниця, 18 грудня 2020 р.

Швидкість звукової хвилі

Адіабатична звукова хвиля 


***

Припустимо, що внаслідок короткочасної дії  на стержень (наприклад, удар молотка) в ньому виникає хвильовий імпульс, який поширюється по всій довжині стержня. Сила, яка подіяла на стержень, за час dt змістила частинки масою
  
dm = Svdt 
та надала їй імпульс  
vdm = Sv2dt.

Значення сили, яка здійснила ці зміни знайдемо з другого закону Ньютона:


F = v∙dm/dt = Sv2∙dρ


З іншого боку значення цієї ж сили знайдемо через зміну тиску dp:


F = Sdp


Прирівнявши ліві сторони обох рівнянь та скорочуючи площу поперечного перерізу стержня отримуємо загальну формулу для визначення швидкості поширення звукової хвилі через  невеликі зміни густини та тиску:
 v = (dp/)1/2
Скористаємось цією формулою, та визначимо швидкість поширення акустичної звукової хвилі у газах.

четвер, 17 грудня 2020 р.

Перше начало термодинаміки


Перше начало термодинаміки  в таблиці


Характеристики термодинамічних процесів в газах

***
 ***

Назва термодинамічного процесу

Ізохоричний  процес
Ізобаричний процес
Ізотермічний процес
Адіабатичний процес
Умова 
протікання процесу
  
V = const
  
P = const
     
T = const
   
ΔQ = 0
Зв'язок 
між
параметрами стану
   
p/T = const
   
V/T = const
     
pV = const
   pVγ = const

   pTγ/(1-γ) = const

   VT1/(1-γ) = const
Робота
в даному термодинамічному процесі
   
ΔA = 0



ΔA = pΔV
A=p(V2 – V1)

ΔA = νRT∙ln(V2/V1)
 ΔA = -ΔU

 A = cv∙(T1 – T2)

 A = νRT1/(γ-1)∙
[1-(V1/V2)(γ-1)]
Кількість теплоти, отримана в ході процесу
   ΔQ = cvΔT

 ΔQ = cv(T2 – T1)
   ΔQ = cpΔT

 ΔQ = cp(T2 – T1)
     
 ΔQ = ΔA
      
ΔQ = 0
Зміна 
внутрішньої енергії
  
ΔU = ΔQ
   
ΔUcvΔT
     
 ΔU= 0
   
 ΔU = - ΔA = =cvΔT

Теплоємність


 Cv = νR/(γ-1)

Cp= νγR/(γ-1)
    
CT = +/-

Cад = 0


середа, 16 грудня 2020 р.

Адіабатичний процес

Адіабатичний термодинамічний процес 




Адіабатична хмарка за літаком
1. Рівняння адіабати


Процес, який відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем і в якому змінюються всі термодинамічні параметри системи – тиск, об’єм, температура – називають адіабатичним.

Оскільки ΔQ = 0, то перше начало термодинаміки для адіабатичного процесу виглядає так:

ΔU + ΔА = 0


де  ΔА = pΔV, ΔU = cv∙ΔTcv – молярна теплоємність ідеального газу при постійному об’ємі значення якої шукаємо за формулою через кількість ступенів вільності 
cv = (і/2)∙R.

cv∙ΔT + pΔV = 0

Останнє рівняння називають рівнянням адіабати в диференціальній формі.  

неділя, 13 грудня 2020 р.

ДКР №10 (10 клас)

 

Домашня Контрольна Робота №10
Молекулярна (статистична) фізика+термодинаміка
 Задачі розв'язати 
 та здати до 9.00 в середу 23.12.2020 р. в класрумі 


 5.3.1; 5.3.2; 5.3.3; 5.3.4; 5.3.14; 5.5.15; 

5.5.22; 5.5.36; 5.6.1; 5.6.2; 5.6.5; 5.6.6.


 Бажаю успіху!