Til að komast að því hvernig hægt væri að auka skilvirkni varmahreyfilsins skoðaði franskur vísindamaður að nafni Sadi Carnot (1796-1832) hugsjóna fræðilega hitaorkuvél árið 1824. Á þeim tíma hafði fyrsta lögmál varmafræðinnar ekki verið mótað, né heldur annað lögmál varmafræðinnar. Fyrsta lögmálið hefur ekki verið mótað vegna þess að vísindamenn vita ekki enn að varmi er orka. Eftir að Joule og samstarfsmenn hans gerðu tilraunir á fjórða áratug 1830. aldar uppgötvuðu vísindamenn að varmi er orka sem hreyfist vegna hitastigsmismunar. Því var fyrsta lögmál varmafræðinnar mótað eftir 1830. Sadi Carnot hafði verið að rannsaka fræðilega hugsjóna hitaorkuvél árið 1824. Rannsóknir hans voru í raun að auka skilvirkni gufuvélarinnar. Flestar gufuvélar þess tíma voru minna skilvirkar.
Annað lögmál varmafræðinnar
Til að útskýra óafturkræfa varmafræðilega ferla settu vísindamenn fram annað lögmál varmafræðinnar. Annað lögmál varmafræðinnar útskýrir hvaða ferli geta átt sér stað í alheiminum og hvaða ferli geta ekki átt sér stað. Vísindamaður að nafni RJE Clausius (1822-1888) sagði eftirfarandi:
Eðlilega berst varmi frá hlutum við háan hita til hluta við lágan hita; eðlilega berst varmi ekki frá hlutum við lágan hita til hluta við háan hita (önnur lögmál varmafræðinnar - fullyrðing Clausiusar).
Fullyrðing Clausiusar er ein af sérstökum fullyrðingum annars lögmáls varmafræðinnar. Hún er kölluð sérstök fullyrðing vegna þess að hún á aðeins við um eitt ferli, sem tengist varmaflutningi. Þar sem þessi fullyrðing tengist ekki öðrum ferlum þurfum við almennari fullyrðingu. Þróun almennrar fullyrðingar um annað lögmál varmafræðinnar byggist á rannsóknum á varmavélum. Þess vegna ræðum við fyrst um varma véla.
Varmafræðileg ferli: Ísóterma Aðjabatísk Ísókór Ísóber
Grein Varmafræðileg ferli: Ísóterma Aðíabísk Ísókór Ísóbar
Það eru fjögur varmafræðileg ferli, þ.e. ísóterma, ísókórísk, ísóbarísk og adiabatísk ferli.
Jafnhitaferli (stöðugt hitastig)
Í jafnhitaferli er hitastig kerfisins haldið stöðugu. Fræðilega séð er greinda kerfið kjörgas. Kjörhitastig gassins er í beinu hlutfalli við kjörinnar innri orku gassins (U = 3/2 n RT). T breytist ekki, þannig að U breytist ekki heldur. Þannig, ef það er notað á jafnhitaferli, verður fyrsta lögmál varmafræðilegrar jöfnu:
Fyrsta lögmál varmafræðinnar
Varmafræðilegt ferli
Varmi (Q) er orkan sem flyst frá einum hlut til annars vegna hitamismunar. Þegar kemur að kerfum og umhverfi er varmi orka sem flyst frá kerfi til umhverfis eða orka sem flyst frá umhverfi til kerfis vegna hitamismunar. Ef kerfishitastigið er hærra en umhverfishitastigið mun varmi streyma frá kerfinu til umhverfisins. Ef umhverfishitastigið er hærra en kerfishitastigið þá flyst varmi frá umhverfinu til kerfisins.
Varmi (Q) er orka sem hreyfist vegna hitamismunar, en vinna (W) tengist orkuflutningi í gegnum vinnu. Til dæmis, ef kerfið vinnur á umhverfið, þá flyst orka frá kerfinu til umhverfisins. Aftur á móti, ef umhverfið vinnur á kerfið, þá flyst orka frá umhverfi til kerfis.
Þverbylgjur – vandamál og lausnir
1. Fjarlægðin milli tveggja lægða vatnsborðsbylgjanna er 20 m. Hlutur flýtur á vatnsyfirborðinu og upplifir titringshreyfingu. Ef tíminn sem það tekur að ferðast einn titring er 4 sekúndur, þá er hraði bylgjunnar ... m/s
A. 20
B. 15
C. 10
D. 5
Þekkt:
Hraði vélrænna bylgna – vandamál og lausnir
1. Hraði þversbylgjunnar á 25 metra löngu reipi er 50 m/s. Togkraftur reipisins er 200 N. Ákvarðið massa reipisins.
A. 0.08 kg
B. 0.5 kg
Um það bil 0.8 kg
Þ. 2.0 kg
Þekkt:
Einföld harmonísk hreyfing – vandamál og lausnir
1. Hlutur titrar með tíðninni 5 Hz til hægri og vinstri. Hluturinn færist frá jafnvægispunkti að hámarksfærslu til hægri. Ákvarðið tímann sem þarf til að ná hámarksfærslu til hægri ellefu sinnum.
A. 2.05
B. 2.20
C. 2.25
D. 2.50
Þekkt:
Einfaldur pendúll – vandamál og lausnir
1. Tveir einföldir pendúllar eru á tveimur mismunandi stöðum. Lengd annars pendúlsins er 0.4 sinnum lengd fyrri pendúlsins og þyngdarhröðunin sem seinni pendúllinn upplifir er 0.9 sinnum þyngdarhröðunin sem fyrri pendúllinn upplifir . Ákvarðið samanburð á tíðni fyrsta pendúlsins og annars pendúlsins.
A. 2/3
B. 3/2
C. 4/9
D. 9/4
Ómbylgjur í hljóði – vandamál og lausnir
1. Eftir að stillgaffallinn A titrar, titrar stillgaffallinn B. Stillgaffallinn B titrar vegna þess að…..
A. Stillgaffalinn A hefur sama sveifluvídd og stillgaffalinn B
B. Báðir stillgafflarnir nota sama ómsveifluboxið
C. Stillgaffallinn B hefur sömu tíðni og stillgaffallinn A
D. Hljóðblærinn sem stillifafflarnir mynda er sá sami
lausn
Vökvaþrýstingur - vandamál og lausnir
1.
Þyngdarhröðunin er 10 N/kg. Yfirborðsflatarmál fisks sem þrýst er á af vatninu fyrir ofan hann er 6 cm² . Ákvarðið kraft vatnsins fyrir ofan fiskinn sem verkar á hann.
Þekkt: