Физиканың негізгі оқулықтары

Қайтымсыз термодинамикалық процестерді түсіндіру үшін ғалымдар термодинамиканың екінші заңын тұжырымдады. Термодинамиканың екінші заңы ғаламда қандай процестердің болуы мүмкін және қандай процестердің болмауын түсіндіреді. Р.Ж.Е. Клаузиус (1822-1888) есімді бір ғалым келесі тұжырымды жасады:

Әрине, жылу жоғары температуралы заттардан төмен температуралы заттарға ауысады; әрине, жылу төмен температуралы заттардан жоғары температуралы заттарға ауыспайды (Термодинамиканың екінші заңы - Клаузиус тұжырымы).

Клаузиус тұжырымы термодинамиканың екінші заңының арнайы тұжырымдарының бірі болып табылады. Ол арнайы тұжырым деп аталады, себебі ол тек жылу алмасуға қатысты бір ғана процеске қолданылады. Бұл тұжырым басқа процестермен байланысты болмағандықтан, бізге жалпы тұжырым қажет. Термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымын әзірлеу жылу қозғалтқыштарын зерттеуге негізделген. Сондықтан біз алдымен қозғалтқыштың жылуын талқылаймыз.

Ары қарай оқу

Термодинамикалық процестер туралы мақала: Изотермиялық Адиабаталық Изохоралық Изобаралық

Термодинамикалық процестердің төрт түрі бар: изотермиялық, изохоралық, изобаралық және адиабаталық.

Изотермиялық процесс (тұрақты температура)

Изотермиялық процесте жүйе температурасы тұрақты сақталады. Теориялық тұрғыдан талданатын жүйе идеал газ болып табылады. Идеал газ температурасы идеал ішкі газ энергиясына тура пропорционал (U = 3/2 n RT). T өзгермейді, сондықтан U да өзгермейді. Осылайша, изотермиялық процеске қолданылса, термодинамикалық теңдеудің бірінші заңы келесідей болады:

Ары қарай оқу

Термодинамикалық процесс

Жылу (Q) - температура айырмашылығына байланысты бір объектіден екінші объектіге ауысатын энергия. Жүйелер мен орталар туралы айтатын болсақ, жылу - температура айырмашылығына байланысты жүйеден қоршаған ортаға ауысатын энергия немесе қоршаған ортадан жүйеге ауысатын энергия. Егер жүйе температурасы қоршаған орта температурасынан жоғары болса, жылу жүйеден қоршаған ортаға ағады. Егер қоршаған орта температурасы жүйе температурасынан жоғары болса, онда жылу қоршаған ортадан жүйеге ағады.

Жылу (Q) - температура айырмашылығына байланысты қозғалатын энергия, ал жұмыс (W) жұмыс арқылы энергияның берілуімен байланысты. Мысалы, егер жүйе қоршаған ортаға әсер етсе, онда энергия жүйеден қоршаған ортаға ауысады. Керісінше, егер қоршаған орта жүйеге әсер етсе, онда энергия қоршаған ортадан жүйеге ауысады.

Ары қарай оқу

Серпімсіз соқтығысулар

Кинетикалық энергияның сақталу заңы серпімсіз соқтығысуларда қолданылмайды. Импульстің сақталу заңы серпімсіз соқтығысуларда екі соқтығысатын денеге сыртқы күш әсер етпеген жағдайда ғана қолданылады. Серпімсіз соқтығысуда екі дене соқтығысудан кейін бір-біріне жабысады немесе бір-біріне бекітіледі.

1-мысал сұрақ.

Екі заттың массасы бірдей, атап айтқанда 1 кг. 1-ші зат жазық жазықтықта 10 м/с жылдамдықпен қозғалады және тыныштықта тұрған екінші затпен соқтығысады. Соқтығысудан кейін екі зат бір-біріне жабысады. Соқтығысудан кейінгі екі заттың жылдамдығы қандай?

Ары қарай оқу

Ішінара серпімді соқтығысулар

Жартылай серпімді соқтығысуларда импульстің сақталу заңы қолданылады, ал кинетикалық энергияның сақталу заңы қолданылмайды. Соқтығысу кезінде кинетикалық энергияның бір бөлігі дыбыс энергиясына, жылу энергиясына және ішкі энергияға айналады. Серпімді сөзінің қолданылуы соқтығысудан кейін екі зат бір-біріне жабыспайтынын, керісінше секіретінін көрсетеді.

Жартылай серпімді соқтығысудың мысалы ретінде екі мәрмәрдің немесе екі бильярд шарының бір өлшемді соқтығысуын айтуға болады.

Ары қарай оқу

Сызықтық импульстің сақталуы

Сызықтық импульстің сақталу заңы бойынша, егер екі соқтығысатын денеге сыртқы күш әсер етпесе, соқтығысуға дейінгі денелердің импульсі соқтығысқаннан кейінгі денелердің импульсіне тең болады.

p ₁ + p ₂ = p ₁ ' + p ₂ ' ……………….. 1.4 теңдеуі

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

Егер соқтығысқаннан кейін екі зат бір-біріне жабысып қалса,

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

Ары қарай оқу

Абсолютті серпімді соқтығысулар

Екі заттың соқтығысуы, егер соқтығысуға дейінгі әрбір заттың импульсі немесе кинетикалық энергиясы соқтығысудан кейінгі әрбір заттың импульсі мен кинетикалық энергиясына тең болса, абсолютті серпімді соқтығысу деп аталады. Басқаша айтқанда, импульстің сақталу заңы мен кинетикалық энергияның сақталу заңы абсолютті серпімді соқтығысуларда қолданылады. Серпімді сөзінің қолданылуы соқтығысудан кейін екі зат бір-біріне жабыспайтынын немесе бір-біріне бекітілмейтінін, бірақ секіріп кететінін көрсетеді. Әрбір заттың импульсі сақталады.

Әрбір нысанның импульсі сақталады.

Ары қарай оқу

Жұмыс-механикалық энергия принципі

Жұмыс-кинетикалық энергия теоремасы таза жұмыс немесе таза күштің атқаратын жұмысы кинетикалық энергияның өзгеруіне тең деп тұжырымдайды.

W _таза = TO _t – TO _o = 1⁄2 м(v _t ² – v _o ² )

W _net = Күштің екі түрі бар, атап айтқанда консервативті күш және консервативті емес күш. Осылайша, network жұмысын консервативті күш атқарған жұмыс пен консервативті емес күш атқарған жұмыстан тұратын деп санауға болады.

W _c + W _nc = ΔKE

Ары қарай оқу

Консервативті күштердің атқаратын жұмысы Потенциалдық энергия

Тігінен жоғары қарай қозғалып, ең жоғары биіктікке жеткеннен кейін бастапқы қалпына оралатын затты бақылаңыз. Нысан тігінен жоғары қарай қозғалған кезде, салмақ нысанға теріс жұмыс істейді. Нысан жоғары қарай қозғалған кезде, оның биіктігі артады. Демек, нысанның гравитациялық потенциалдық энергиясы да артады. Салмақпен жасалған теріс жұмыс нысанның гравитациялық потенциалдық энергиясының (ГП) артуына тең деген қорытынды жасауға болады.

Ары қарай оқу

Консервативті күш және консервативті емес күш

1. Консервативті күш

1.1 Салмағы (w)

Бастапқы қалпына қарай төмен қарай жылжымас бұрын, максималды биіктікке жеткенше тігінен жоғары қарай қозғалатын затты бақылаңыз. Тігінен жоғары қарай h бойынша қозғалған кезде, салмақ ығысу бағытына қарама-қарсы болады. Осылайша, салмақ затқа теріс жұмыс жасайды. 

W = wh (cos 180 ^o ) = – wh = – мг/сағ

Максималды биіктікке жеткеннен кейін, зат бастапқы қалпына қарай h жылдамдықпен төмен қарай жылжиды. Төмен қарай қозғалған кезде салмақ ығысумен бір бағытта болады. Ол ығысумен бір бағытта болғандықтан, салмақ оң жұмыс атқарады.

Ары қарай оқу