Alapvető fizika oktatóanyagok

A visszafordíthatatlan termodinamikai folyamatok magyarázatára a tudósok megfogalmazták a termodinamika második főtételét. A termodinamika második főtétele elmagyarázza, hogy milyen folyamatok játszódhatnak le a világegyetemben, és milyen folyamatok nem. Egy RJE Clausius (1822-1888) nevű tudós a következő kijelentést tette:

Természetesen a hő magas hőmérsékletű tárgyakról alacsony hőmérsékletű tárgyakra terjed; természetesen a hő nem terjed alacsony hőmérsékletű tárgyakról magas hőmérsékletű tárgyakra (a termodinamika második főtétele – Clausius állítása).

Clausius állítása a termodinamika második főtételének egyik speciális állítása. Speciális állításnak nevezik, mert csak egyetlen folyamatra vonatkozik, a hőátadással kapcsolatosra. Mivel ez az állítás nem kapcsolódik más folyamatokhoz, egy általánosabb állításra van szükségünk. A termodinamika második főtételének általános állításának kidolgozása a hőerőgépek tanulmányozásán alapul. Ezért először a motorhőt tárgyaljuk.

Részletek

Termodinamikai folyamatok: Izotermikus Adiabatikus Izochor Izobárikus

Négy termodinamikai folyamat létezik, nevezetesen izotermikus, izochorikus, izobárikus és adiabatikus folyamatok.

Izotermikus folyamat (állandó hőmérséklet)

Izoterm folyamatban a rendszer hőmérséklete állandó. Elméletileg a vizsgált rendszer egy ideális gáz. Az ideális gáz hőmérséklete egyenesen arányos az ideális gáz belső energiájával (U = 3/2 n RT). T nem változik, így U sem változik. Így, ha az izoterm folyamatra alkalmazzuk, a termodinamikai egyenlet első főtétele a következőképpen alakul:

Részletek

Termodinamikai folyamat

A hő (Q) az az energia, amely a hőmérsékletkülönbség miatt egyik tárgyról a másikra áramlik. A rendszerekről és a környezetekről a hő az a energia, amely rendszerről környezetre, vagy környezetről rendszerre áramlik a hőmérsékletkülönbség miatt. Ha a rendszer hőmérséklete magasabb a környezeti hőmérsékletnél, akkor hő áramlik a rendszerből a környezetbe. Ha a környezeti hőmérséklet magasabb a rendszer hőmérsékleténél, akkor hő áramlik a környezetből a rendszerbe.

A hő (Q) az az energia, amely a hőmérsékletkülönbség miatt mozog, míg a munka (W) az energiaátadással kapcsolatos munka révén. Például, ha a rendszer munkát végez a környezeten, akkor az energia a rendszerből a környezetbe áramlik. Fordítva, ha a környezet munkát végez a rendszeren, akkor az energia a környezetből a rendszerbe áramlik.

Részletek

Rugalmatlan ütközések

A kinetikus energiamegmaradás törvénye nem alkalmazható rugalmatlan ütközésekben. A lendületmegmaradás törvénye rugalmatlan ütközésekben csak akkor alkalmazható, ha a két ütköző tárgyra nem hat külső erő. Rugalmatlan ütközés esetén két tárgy összetapad vagy egymáshoz kapcsolódik az ütközés után.

1. példakérdés.

Két test tömege azonos, nevezetesen 1 kg. Az 1. test 10 m/s sebességgel mozog egy síkon, és ütközik a második testtel, amely nyugalmi állapotban van. Az ütközés után a két test összetapad. Mekkora a két test sebessége az ütközés után?

Részletek

Részben rugalmas ütközések

Részben rugalmas ütközéseknél a lendületmegmaradás törvénye érvényesül, míg a mozgási energia megmaradásának törvénye nem. Ütközéskor a mozgási energia egy része hangenergiává, hőenergiává és belső energiává alakul. A „rugalmas” szó használata azt jelzi, hogy az ütközés után a két tárgy nem tapad össze, hanem lepattan.

A részben rugalmas ütközés egyik példája két üveggolyó vagy két biliárdgolyó egydimenziós ütközése.

Részletek

Lineáris lendület megőrzése

A lineáris lendületmegmaradás törvénye kimondja, hogy ha két ütköző testre nem hat külső erő, akkor a testek lendülete az ütközés előtt megegyezik az ütközés utáni lendületükkel.

p1 ₊ p2 = p1 _' + p2 _' …………….. 1.4. _egyenlet

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = m ₁ v ₁ ' + m ₂ v ₂ '

Ha az ütközés után a két tárgy összeragad,

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

Részletek

Tökéletesen rugalmas ütközések

Két tárgy ütközését tökéletesen rugalmas ütközésnek nevezzük, ha mindkét tárgy lendülete vagy mozgási energiája az ütközés előtt megegyezik az ütközés utáni lendületükkel és mozgási energiájukkal. Más szóval, a lendületmegmaradás és a mozgási energiamegmaradás törvénye alkalmazható a tökéletesen rugalmas ütközésekre. A „rugalmas” szó használata azt jelzi, hogy az ütközés után a két tárgy nem tapad össze, vagy nem kapcsolódik egymáshoz, hanem lepattannak egymástól. Mindkét tárgy lendülete megmarad.

Minden tárgy lendülete megmarad.

Részletek

Munka-mechanikai energia elv

A munka-mozgási energia tétel kimondja, hogy a nettó munka vagy az erő által végzett munka egyenlő a mozgási energia változásával.

W _nettó = TO _t – TO _o = 1⁄2 m(v _t ² – v _o ² )

W _nettó = Kétféle erő létezik, nevezetesen a konzervatív erő és a nem konzervatív erő. Így a nettó munka tekinthető a konzervatív erő és a nem konzervatív erő által végzett munkából állónak.

W _c + W _nc = ΔKE

Részletek

Konzervatív erők által végzett munka Potenciális energia

Figyeljünk meg egy tárgyat, amely függőlegesen felfelé mozog, majd a maximális magasság elérése után visszatér a kiinduló helyzetébe. Amikor a tárgy függőlegesen felfelé mozog, a súly negatív munkát végez rajta. Amikor a tárgy felfelé mozog, a tárgy magassága növekszik. Ezért a tárgy gravitációs potenciális energiája is növekszik. Megállapítható, hogy a súly által végzett negatív munka megegyezik a tárgy gravitációs potenciális energiájának (PE) növekedésével.

Részletek

Konzervatív erő és nem konzervatív erő

1. Konzervatív erő

1.1 Súly (s)

Vizsgáljunk meg egy tárgyat, amely függőlegesen felfelé mozog, amíg el nem éri a maximális magasságát, mielőtt lefelé mozdulna a kiinduló helyzete felé. Amikor függőlegesen felfelé mozog h távolsággal, a súly az elmozdulással ellentétes irányú. Tehát a súly negatív munkát végez a tárgyon. 

W = wh (cos 180 ⁾ = – wh = – mgh

Miután elérte a maximális magasságot, a tárgy h távolsággal lefelé mozdul el a kiindulási helyzete felé. Lefelé mozgáskor a súly az elmozdulással megegyező irányban mozog. Mivel az elmozdulással megegyező irányban mozog, a súly pozitív munkát végez.

Részletek