آموزش‌های فیزیک پایه

برای توضیح فرآیندهای ترمودینامیکی برگشت‌ناپذیر، دانشمندان قانون دوم ترمودینامیک را تدوین کردند. قانون دوم ترمودینامیک توضیح می‌دهد که چه فرآیندهایی می‌توانند در جهان رخ دهند و چه فرآیندهایی نمی‌توانند رخ دهند. دانشمندی به نام آر.جی. ای. کلاوزیوس (۱۸۲۲-۱۸۸۸) جمله زیر را بیان کرد:

به طور طبیعی، گرما از اجسام با دمای بالا به اجسام با دمای پایین منتقل می‌شود؛ به طور طبیعی، گرما از اجسام با دمای پایین به اجسام با دمای بالا منتقل نمی‌شود (قانون دوم ترمودینامیک - بیان کلاوسیوس).

بیان کلاوزیوس یکی از بیان‌های خاص قانون دوم ترمودینامیک است. این بیان خاص نامیده می‌شود زیرا فقط در مورد یک فرآیند مربوط به انتقال حرارت صدق می‌کند. از آنجایی که این بیان به فرآیندهای دیگر مربوط نمی‌شود، به یک بیان کلی‌تر نیاز داریم. توسعه یک بیان کلی از قانون دوم ترمودینامیک بر اساس مطالعه موتورهای حرارتی است. بنابراین، ابتدا در مورد گرمای موتور بحث می‌کنیم.

ادامه مطلب

فرآیندهای ترمودینامیکی مقاله: ایزوترمال آدیاباتیک ایزوکوریک ایزوباریک

چهار فرآیند ترمودینامیکی وجود دارد که عبارتند از: فرآیندهای ایزوترمال، ایزوکوریک، ایزوباریک و آدیاباتیک.

فرآیند ایزوترمال (دمای ثابت)

در یک فرآیند ایزوترمال، دمای سیستم ثابت نگه داشته می‌شود. از لحاظ تئوری، سیستم مورد بررسی یک گاز ایده‌آل است. دمای گاز ایده‌آل با انرژی داخلی گاز ایده‌آل (U = 3/2 n RT) نسبت مستقیم دارد. T تغییر نمی‌کند، بنابراین U نیز تغییر نمی‌کند. بنابراین، اگر این قانون در فرآیند ایزوترمال اعمال شود، قانون اول معادله ترمودینامیکی به صورت زیر خواهد بود:

ادامه مطلب

فرآیند ترمودینامیکی

گرما (Q) انرژی‌ای است که به دلیل اختلاف دما از یک جسم به جسم دیگر منتقل می‌شود. در مورد سیستم‌ها و محیط‌ها، گرما انرژی‌ای است که به دلیل اختلاف دما از سیستم به محیط یا از محیط به سیستم منتقل می‌شود. اگر دمای سیستم بالاتر از دمای محیط باشد، گرما از سیستم به محیط جریان می‌یابد. اگر دمای محیط بالاتر از دمای سیستم باشد، گرما از محیط به سیستم جریان می‌یابد.

گرما (Q) انرژی‌ای است که به دلیل اختلاف دما جابجا می‌شود، در حالی که کار (W) مربوط به انتقال انرژی از طریق کار است. برای مثال، اگر سیستم روی محیط کار انجام دهد، انرژی از سیستم به محیط منتقل می‌شود. برعکس، اگر محیط روی سیستم کار انجام دهد، انرژی از محیط به سیستم منتقل می‌شود.

ادامه مطلب

برخوردهای غیر ارتجاعی

قانون پایستگی انرژی جنبشی در برخوردهای غیرالاستیک قابل اجرا نیست. قانون پایستگی تکانه در برخوردهای غیرالاستیک در صورتی قابل اجرا است که هیچ نیروی خارجی بر دو جسم برخوردکننده وارد نشود. در یک برخورد غیرالاستیک، دو جسم پس از برخورد به هم می‌چسبند یا به یکدیگر متصل می‌شوند.

نمونه سوال ۱.

دو جسم با جرم یکسان، یعنی ۱ کیلوگرم، وجود دارند. جسم ۱ با سرعت ۱۰ متر بر ثانیه روی یک صفحه صاف حرکت می‌کند و با جسم ۲ که در حالت سکون است برخورد می‌کند. پس از برخورد، دو جسم به هم می‌چسبند. سرعت دو جسم پس از برخورد چقدر است؟

ادامه مطلب

برخوردهای تا حدی کشسان

در برخوردهای تا حدی کشسان، قانون پایستگی تکانه قابل اجرا است، در حالی که قانون پایستگی انرژی جنبشی قابل اجرا نیست. در زمان وقوع برخورد، مقداری از انرژی جنبشی به انرژی صوتی، انرژی گرمایی و انرژی درونی تبدیل می‌شود. استفاده از کلمه کشسان نشان می‌دهد که پس از برخورد، دو جسم به هم نمی‌چسبند، بلکه از هم دور می‌شوند.

نمونه‌ای از برخورد نیمه‌کشسان، برخورد یک‌بعدی دو تیله یا دو توپ بیلیارد است.

ادامه مطلب

پایستگی تکانه خطی

Law of conservation of linear momentum states that if there is no external force acting on two colliding objects, the momentum of the objects before the collision is equal to the momentum of the objects after the collision.

p₁ + ص₂ = ص₁ ’ + p₂ معادله ۱.۵

m₁ v₁ + متر₂ v₂ = متر₁ v₁ ' + متر₂ v₂ '

If after collision both objects stick together,

m₁ v₁ + متر₂ v₂ = (متر₁ + متر₂ ) وی'

ادامه مطلب

برخوردهای کاملاً کشسان

برخورد دو جسم، برخورد کاملاً کشسان نامیده می‌شود اگر تکانه یا انرژی جنبشی هر جسم قبل از برخورد با تکانه و انرژی جنبشی هر جسم پس از برخورد برابر باشد. به عبارت دیگر، قانون پایستگی تکانه و قانون پایستگی انرژی جنبشی در برخوردهای کاملاً کشسان قابل اجرا هستند. استفاده از کلمه کشسان نشان می‌دهد که پس از برخورد، دو جسم به هم نمی‌چسبند یا به یکدیگر متصل نیستند، بلکه از هم دور می‌شوند. تکانه هر جسم پایسته است.

تکانه هر جسم پایسته است.

ادامه مطلب

اصل کار-انرژی مکانیکی

The work-kinetic energy theorem states that the net work or the work done by the net force is equal to the change in kinetic energy.

W_خالص = KE_t – به_o = 1⁄2 m(v_t² - v_o²)

W_خالص = There are two types of forces, namely conservative force, and non-conservative force. Thus, net work can be considered to be comprised of the work done by a conservative force and the work done by a non-conservative force.

W_c + دبلیو_nc = ΔKE

ادامه مطلب

کار انجام شده توسط نیروهای پایستار انرژی پتانسیل

Observe an object which moves vertically upwards and then return to its initial position after reaching a maximum height. When the object is moving vertically upwards, weight does negative work on the object. When the object is moving upwards, the object’s height increases. Therefore, the object’s gravitational potential energy increases as well. It can be concluded that the negative work done by weight is equal to the increase in the object’s gravitational potential energy (PE).

ادامه مطلب

نیروی محافظه‌کار و نیروی غیر محافظه‌کار

1. Conservative Force

۳.۲.۱ وزن (w)

Observe an object which moves vertically upwards until reaching a maximum height before moving downwards towards its initial position. When moving vertically upwards by h, the weight is opposite in direction from displacement. Thus, the weight does negative work on the object. 

W = w h (cos 180^o) = – w h = – m g h

After reaching a maximum height, the object moves downwards towards its initial position by h. When moving downwards, the weight is in the same direction as the displacement. Because it is in the same direction as displacement, the weight does positive work.

ادامه مطلب