Вопрос 22. Цикл Карно. Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году
Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется. Описание цикла Карно Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой TH, холодильника с температурой TX и рабочего тела. Цикл Карно состоит из четырёх стадий: Изотермическое расширение Адиабатическое расширение .Изотермическое сжатие. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие.
Кпд тепловой машины Карно Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно
Аналогично,
при изотермическом сжатии рабочее тело
отдало холодильнику
Отсюда коэффициент
полезного действия
тепловой машины Карно равен
.
Из последнего выражения видно, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля, а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.
Вопрос 24. Напряженность электрического поля в вакууме.
Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на положительный пробный единичный заряд, помещенный в эту точку поля:
Е = F/ Q |
(3.4) |
Напряженность поля точечного заряда в вакууме:
E
=
|
(3.5) |
Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиус-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание положительного пробного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду
Единица напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1Н.
Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е, называют линиями напряженности. По направлению они совпадают с направлением вектора напряженности и никогда не пересекаются. Напряженность является силовой характеристикой электростатического поля.
Вопрос 23. Свойства физических зарядов.
Фундаментальный закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами, остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы. Электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Электрический заряд – величина релятивистски-инвариантная и не зависит от системы отсчета. Единица электрического заряда — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.
Закон Кулона
Точечным называется заряд, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.
Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:
F= |
|
где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной. В случае разноименных зарядов возникает притяжение (F<0), в случае одноименных зарядов - отталкивание (F>0). Эта сила называется кулоновской силой.
Е= |
(3.7) |
Формула (3.7) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.