36.Цикл карно

Суммарная работа цикла l_ц графически изображается площадью 12341.

Термический к. п. д. цикла.Количество теплоты q₁ и q₂ определим из уравнений 5.2

Подставляя полученные значения q₁ и q₂ в уравнение (5.2), находим

-второго закона термодинамики: Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии путем теплообмена от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой

-энтропия

Это связано с тем, что в процессе часть энергии рассеивается, например, за счет трения, излучения и т. п. Т. о. практически все процессы в природе необратимы. В любом процессе часть энергии теряется. Для характеристики рассеяния энергии вводится понятие энтропии. (Величина энтропии характеризует тепловое состояние системы и определяет вероятность осуществления данного состояния тела. Чем более вероятно данное состояния, тем больше энтропия.) Все естественные процессы сопровождаются ростом энтропии. Энтропия остается постоянной только в случае идеализированного обратимого процесса, происходящего в замкнутой системе, то есть в системе, в которой не происходит обмен энергией с внешними по отношению к этой системе телами.

              Энтропия – это такая функция состояния системы, бесконечно малое изменение которой в обратимом процессе равно отношению бесконечно малого количества теплоты, введенного в этом процессе, к температуре, при которой оно вводилось.

Тепловые холодильники из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т₁) и холодильников (Т₂), наибольшим к.п.д. обладают обратимые машины. К.П.Д. обратимых машин при равных Т₁ и Т₂ равны и не зависят от природы рабочего тела.

Q = Q₂ - Q₁ < 0, следовательно A < 0.

Без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому.

 

37.Реальным газом называется газ, в котором молекулы имеют конечные размеры (их объем отличен от нуля) и между ними действуют силы межмолекулярного взаимодействия: силы притяжения и силы отталкивания. На рис. 3.5,а приведены графические зависимости сил молекулярного взаимодействия от расстояния между центрами масс молекул

Уравнение Ван-дер-Ваальса

Фазовые превращения

• I рода: жидкость ↔ газ;

газ ↔ твердая фаза;

жидкость ↔ твердая фаза.

Фазовый переход I рода сопровождается выделением/поглощением тепла.

• II рода: твердая фаза ↔ твердая фаза;

резистивное состояние ↔ сверхпроводящее состояние;

обычная жидкость ↔ сверхтекучая жидкость.Эффект Джоуля-Томпсона

Процесс прохождения газа через пористую перегородку

называется дросселированием. Процесс дросселирования необратим и сопровождается возрастанием энтропии. Для идеального газа дросселирование не приводит к изменению его температуры, а для реального газа - приводит. Изменение температуры газа при дросселировании, называется эффектом Джоуля-Томсона

38.Закон сохранения энергии

Закон Кулона

- основной закон электростатики.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ - важнейшая эл--динамич. характеристика среды (газа, жидкости, твёрдого тела, нейтронного вещества), частицы к-рой обладают зарядом или магн. моментом; понятие Д. п. иногда распространяют и на непротяжённые системы (атом, ядро, нуклоны). Д. п. описывает как внутр. свойства среды (спектр возбуждений, взаимодействие частиц), так и результат воздействия на неё внеш. зарядов или токов (неупругое рассеяние заряж. частиц, прохождение эл--магн. волн). Д. п. содержится в материальных ур-ниях, к-рые дополняют систему Максвелла уравнений, делая её замкнутой.Определение и общие свойства. В простейшем статич. случае Д. п. (наз. также статич. Д. п.) показывает, во сколько раз уменьшится кулоновское взаимодействие зарядов, не испытывающих обратного влияния среды, при переносе их из вакуума в данную среду (см.Кулона закон). Одновременно Д. п.  связывает материальным ур-нием  электрич. индукцию D с напряжённостью E электрич. поля в среде (см. Диэлектрики). Величина статич. Д. п. меняется от значений близких к 1 (в системе СГСЕ) для газов до 10⁴ для нек-рых сегнето-электриков (табл.). Она зависит от структуры вещества и внеш. условий, напр. темп-ры T..Электрический заряд и его свойстваЭлектрический заряд и его свойства.Электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е (е = 1,6×10-19 Кл).Электрон (me=9,11×10-31 кг), и протон(mp= 1,67×10 –27) являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Эпроводники II-го рода – перенос в них зарядов ведет к химическим изменени-ям(кислоты). Диэлектрики (стекло, пластмассы) – тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды . Полупроводники – занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками(кремний, германий).  единица эл. заряда – Кл, производная единица, т.к. определяется через ток. 1 Кл – эл. заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1с.З-н Кулона. Точечным наз-ся заряд, сосредоточенный на теле, линейные разме-ры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заря-женных тел, с которыми он взаимодействует. сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, нахо-дящимися в вакууме, пропорциональна зарядам q1 и  q2 и обратно пропорцио-нальна  квадрату расстояния r между ними: k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

39. Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующаяэлектрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы  действующей на неподвижный^[1] пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда :

.

электрическое поле. В соответствии с теорией близкодействия, утверждающей, что силовые взаимодействия между телами осуществляются через посредство особой материальной среды, окружающей взаимодействующие тела и передающей любые изменения таких взаимодействий в пространстве с конечной скоростью, таким агентом является электрическое поле.

Принцип суперпозиции. Напряжённость поля, создаваемого системой неподвижных точечных зарядов q₁, q₂, q₃, , q_n, равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности.

Поле точечного заряда поля, создаваемого точечным зарядом q в однородной изотропной среде на расстоянии r от заряда.Графическое изображение электрического поля. Метод графического изображения электрического поля был предложен английским физиком Майклом Фарадеем. Суть метода заключается в том, что на чертеже изображаются непрерывные линии, которые называют линиями напряженности, или силовыми линиями

40.Потенциал скалярная энергетическая характеристика электростатического поля. П. э. равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда. Напряжённость электростатического поля Е и потенциал j связаны соотношением: Е= —gradj.

Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом.

E_x dx + E_y dy + E_z dz = d,  

41.Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении точечного заряда Q₀ из точки 1 в точку 2 равна разности потенциальных энергий этого заряда в начальной и конечной точках:

Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Работа, совершаемая силами электрического поля при перемещении единичногоположительного заряда по замкнутому контуру длиной l, определяется как циркуляция вектора напряженности электрического поля:

Так как для замкнутого пути положения начальной и конечной точек перемещения заряда совпадают, то работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю, а значит, равна нулю и циркуляция вектора напряженности, т.е.

 .

Равенство нулю означает, что силы электрического поля являются силамиконсервативными, а само поле - потенциальным

Потенциальный характер

 Fэ=k|q1||q2|/r2=qE (аналогично Fт=Gm1m2/r2=mg),то работа – ее произведение на перемещение A=Fd=qEd, аналогично A=mg(h2-h1),разности потенциальной энергии в поле тяжести.Электрическая работа поля-перемещения заряда равна разности потенциальной энергии заряда между данными точками пространства, не зависит от формы траектории, пути, определяется только положением начальной и конечной точек в поле.

42.Поток вектора напряженности электрического поля

как и для любого векторного поля важно рассмотреть свойства потока электрического поля. Поток электрического поля определяется традиционно.

Выделим малую площадку площадью ΔS, ориентация которой задается единичным вектором нормали  n⃗  (рис. 157).

Теорема Гаусса. Из определения потока вектора напряженности сквозь замкнутую поверхность, поток вектора напряженности сквозь сферическую поверхность радиуса r, которая охватывает точечный заряд Q, находящийся в ее центре (рис. 1), равен 

Вычисление напряженности поля заряженных сферы и шара с помощью теоремы Гаусса

Рис. 1.8: Вычисление поля симметрично заряженного шара с помощью теоремы Гаусса

С другой стороны, заряд внутри той же сферы равен полному заряду шара Q, если r ≥ a. Приравнивая 4πr2E к умноженному на 4π зарядушара q, получаем:

E(r) = q∕r2 .

Таким образом, во внешнем пространстве заряженный шар создает такое поле, как если бы весь заряд был сосредоточен в его центре. Этот результат справедлив при любом сферически симметричном распределении заряда.

Поле внутри шара равно E(r) = Q∕r2, где Q — заряд внутри серы радиуса r. Если заряд равномерно распределен по объему шара, то Q = q(r∕a)3. В этом случае

E(r) = qr∕a3 = (4π∕3)ρr,

где ρ = q∕(4πa3∕3) — плотность заряда. Внутри шара поле линейно спадает от максимального значения на поверхности шара до нуля в его центре (рис. 1.8).

43.Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента.

Электрическим диполем называется система из двух равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов +q и –q, расположенных на расстоянии l друг от друга

Электрический момент диполя

. Вектор ,совпадающий по направлению с плечом диполя, называется электрическим моментом диполя 

Полярные и неполярные молекулы

У полярных молекул центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают, в результате чего они обладают собственным дипольным

моментом . В целом в отсутствие внешнего электрического поля полярный диэлектрик дипольным моментом не обладает, так как вследствие теплового движения дипольные моменты отдельных молекул ориентированы в пространстве хаотично, и среднее значение проекции вектора  на любое направление равно нулю. К полярным диэлектрикам принадлежат Н2О, СО2, SiO2, NH4OH, спирты, глицерин.

ПОЛЯРИЗАЦИИ ВЕКТОР (поляризация) - плотность электрич. дипольного момента среды, усреднённого по физически малому объёму. Причины возникновения поляризации сред разнообразны, напр. внеш. электрпч. поле (см. Поляризация среды), деформация (см.Пьезоэлектрики)и нагрев 

44.Диэлектрическая проницаемость и восприимчивость.

                          (1.4)

где ₀ - диэлектрическая постоянная, или диэлектрическая проницаемость вакуума, ₀ = 8.85 · 10^-12 Ф/м,  S- площадь каждой из пластин, d - зазор между пластинами,  U - напряжение между ними. Сегнетоэлектрики – особый класс диэлектриков, отличительными свойствами которых являются: 1) диэлектрическая проницаемость ε этих веществ может достигать нескольких тысяч (для сравнения, у такого сильного полярного диэлектрика как вода ε=81); 2)В проводниках (например, металлах) имеются свободные заряды, которые можно разделить (рис.3.2).

Рис.3.2. Разделение свободных зарядов в металле.

В диэлектриках заряды смещаются лишь в пределах отдельных молекул, поэтому их разделить нельзя (рис.3.3). Такие заряды называются связанными.

Электростатическое поле в

диэлектриках.Электризация проводникови диэлектриков во внешнем электрическом поле существенно отличается друг от друга:

индуцированные заряды наповерхности проводников возникают в результате перемещения свободных зарядов во внешнем поле, в то время как в диэлектрике нет свободных зарядов, способных перемещаться под действием поля.Электризацию диэлектриков называют поляризацией. Механизм ее заключается в перераспределении зарядов внутри нейтральных атомов и молекул под действием поля, либо в поворотах диполей в полярных диэлектриках, либо смещением подрешеток в пространстве в кристаллическом диэлектрике.

45.ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как

отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

конденсатор – система из двух соосных проводящих цилиндров радиусов R₁ и R₂ и длины L. Емкости этих конденсаторов, заполненных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε,:

Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.

Соединения конденсаторов

Проводники в электрическом поле

Проводниками называют материалы, имеющие так называемые свободные заряды, которые могут перемещаться в объеме проводника под действием сколь угодно малого внешнего электрического поля.

Примечание: Типичным примером проводников являются металлы, атомы которых при формировании кристалла решетки отдают в коллективное использование 1-3 -в с внешних оболочек. Эти электроны, несмотря на то, что находятся в потенциальной яме объема проводника, весьма слабо связаны с атомом, то есть имеют большую подвижность (связь каждого электрона одновременно принадлежит всем атомам, что и обеспечивает их высокую подвижность).

Примечание: При помещении проводников во внешнее электрическое поле, свободные заряды начинают перемещаться в этом поле, если в объем проводника был дополнительно внесен некоторый заряд, то под действием этого внешнего поля, этот дополнительный заряд распределиться по поверхности проводника.

              

Примечание: Таким образом, при электризации проводника сообщенный ему дополнительный заряд оказывается, распределен в области поверхности проводника. Это распределение заряда будет происходить до тех пор, пока при распределении заряда потенциал поля в любой точке проводника не станет одинаковым.

46. Энергия заряженного проводника — Поверхность проводника является эквипотенциальной. Поэтому потенциалы тех точек, в которых находятся точечные заряды , одинаковы и равны потенциалу проводника.

Тут мы использовали :

— Энергия заряженного проводника

— Потенциал проводника

— Точечный заряд

Энергия заряженного конденсатора

Если на обкладках конденсатора электроемкостью С находятся электрические заряды +q и -q, то согласно формуле (20.1) напряжение между обкладками конденсатора равно

В процессе разрядки конденсатора напряжение между его обкладками убывает прямо пропорционально заряду q от первоначального значения U до 0.

Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно

Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора, будем иметь:

Следовательно, потенциальная энергия W_pконденсатора электроемкостью С, заряженного до напряжения U, равна

Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность Е поля пропорциональна напряжению U, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряженности.