Basiscursussen natuurkunde

Om de onomkeerbare thermodynamische processen te verklaren, formuleerden wetenschappers de tweede wet van de thermodynamica. De tweede wet van de thermodynamica verklaart welke processen in het universum kunnen plaatsvinden en welke niet. Een wetenschapper genaamd RJE Clausius (1822-1888) deed de volgende uitspraak:

Warmte stroomt vanzelfsprekend van objecten met een hoge temperatuur naar objecten met een lage temperatuur; warmte stroomt vanzelfsprekend niet van objecten met een lage temperatuur naar objecten met een hoge temperatuur (tweede wet van de thermodynamica – stelling van Clausius).

De stelling van Clausius is een van de bijzondere formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica. Het wordt een bijzondere formulering genoemd omdat deze slechts van toepassing is op één proces, namelijk warmteoverdracht. Omdat deze stelling niet van toepassing is op andere processen, hebben we een meer algemene formulering nodig. De ontwikkeling van een algemene formulering van de tweede wet van de thermodynamica is gebaseerd op de studie van warmtemotoren. Daarom bespreken we eerst de warmteoverdracht in motoren.

Lees meer

Thermodynamische processen in dit artikel: Isothermisch, adiabatisch, isochorisch, isobaar

Er zijn vier thermodynamische processen, namelijk isothermische, isochore, isobare en adiabatische processen.

Isotherm proces (constante temperatuur)

Bij een isotherm proces wordt de systeemtemperatuur constant gehouden. Theoretisch gezien is het geanalyseerde systeem een ​​ideaal gas. De temperatuur van een ideaal gas is recht evenredig met de ideale interne gasenergie (U = 3/2 n RT). Omdat T niet verandert, verandert U ook niet. Toegepast op het isotherm proces, wordt de eerste wet van de thermodynamica als volgt:

Lees meer

Thermodynamisch proces

Warmte (Q) is de energie die van het ene object naar het andere stroomt als gevolg van een temperatuurverschil. In de context van systemen en omgevingen is warmte de energie die van een systeem naar de omgeving stroomt, of andersom, als gevolg van een temperatuurverschil. Als de temperatuur van het systeem hoger is dan de omgevingstemperatuur, stroomt er warmte van het systeem naar de omgeving. Als de omgevingstemperatuur hoger is dan de temperatuur van het systeem, stroomt er warmte van de omgeving naar het systeem.

Warmte (Q) is energie die zich verplaatst als gevolg van een temperatuurverschil, terwijl arbeid (W) verband houdt met energieoverdracht door middel van arbeid. Als een systeem bijvoorbeeld arbeid verricht op de omgeving, dan verplaatst energie zich van het systeem naar de omgeving. Omgekeerd, als de omgeving arbeid verricht op het systeem, dan verplaatst energie zich van de omgeving naar het systeem.

Lees meer

Inelastische botsingen

De wet van behoud van kinetische energie is niet van toepassing bij inelastische botsingen. De wet van behoud van impuls is wel van toepassing bij inelastische botsingen, mits er geen externe kracht op de twee botsende objecten inwerkt. Bij een inelastische botsing blijven de twee objecten na de botsing aan elkaar vastzitten.

Voorbeeldvraag 1.

Twee objecten hebben dezelfde massa, namelijk 1 kg. Object 1 beweegt over een vlak oppervlak met een snelheid van 10 m/s en botst tegen object 2, dat stilstaat. Na de botsing blijven de twee objecten aan elkaar vastzitten. Wat is de snelheid van de twee objecten na de botsing?

Lees meer

Gedeeltelijk elastische botsingen

Bij gedeeltelijk elastische botsingen is de wet van behoud van impuls van toepassing, terwijl de wet van behoud van kinetische energie niet van toepassing is. Tijdens een botsing wordt een deel van de kinetische energie omgezet in geluidsenergie, warmte-energie en interne energie. Het woord 'elastisch' geeft aan dat de twee objecten na de botsing niet aan elkaar blijven plakken, maar van elkaar afkaatsen.

Een voorbeeld van een gedeeltelijk elastische botsing is de eendimensionale botsing van twee knikkers of twee biljartballen.

Lees meer

Behoud van lineaire impuls

De wet van behoud van lineaire impuls stelt dat, als er geen externe kracht op twee botsende objecten inwerkt, de impuls van de objecten vóór de botsing gelijk is aan de impuls van de objecten ná de botsing.

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

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

Als beide objecten na de botsing aan elkaar blijven plakken,

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

Lees meer

Perfect elastische botsingen

Een botsing tussen twee objecten wordt een volkomen elastische botsing genoemd als de impuls of kinetische energie van elk object vóór de botsing gelijk is aan de impuls en kinetische energie van elk object ná de botsing. Met andere woorden, de wet van behoud van impuls en de wet van behoud van kinetische energie zijn van toepassing op volkomen elastische botsingen. Het woord 'elastisch' geeft aan dat de twee objecten na de botsing niet aan elkaar blijven plakken of vastzitten, maar van elkaar afkaatsen. De impuls van elk object blijft behouden.

De impuls van elk object blijft behouden.

Lees meer

Arbeid-mechanisch energieprincipe

De arbeid-kinetische-energiestelling stelt dat de nettoarbeid, oftewel de arbeid verricht door de nettokracht, gelijk is aan de verandering in kinetische energie.

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

Nettoarbeid = Er zijn twee soorten krachten, namelijk conservatieve krachten en niet-conservatieve krachten. _Nettoarbeid kan dus worden beschouwd als de arbeid verricht door een conservatieve kracht en de arbeid verricht door een niet-conservatieve kracht.

W _c + W _nc = ΔKE

Lees meer

Arbeid verricht door conservatieve krachten Potentiële energie

Beschouw een object dat verticaal omhoog beweegt en vervolgens terugkeert naar zijn beginpositie nadat het een maximale hoogte heeft bereikt. Tijdens de verticale beweging verricht het gewicht negatieve arbeid op het object. Naarmate het object omhoog beweegt, neemt de hoogte ervan toe. Daardoor neemt ook de potentiële zwaartekrachtenergie van het object toe. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de negatieve arbeid verricht door het gewicht gelijk is aan de toename van de potentiële zwaartekrachtenergie (PE) van het object.

Lees meer

Conservatieve krachten en niet-conservatieve krachten

1. Conservatieve Kracht

1.1 Gewicht (w)

Beschouw een object dat verticaal omhoog beweegt tot het een maximale hoogte bereikt, waarna het weer naar beneden beweegt terug naar zijn beginpositie. Tijdens de verticale beweging omhoog over een afstand h is de richting van het gewicht tegengesteld aan de verplaatsing. Het gewicht verricht dus negatieve arbeid op het object. 

W = wh (cos 180 ^° ) = – wh = – mgh

Nadat het object zijn maximale hoogte heeft bereikt, beweegt het met een afstand h terug naar zijn beginpositie. Tijdens de neerwaartse beweging is het gewicht in dezelfde richting als de verplaatsing. Omdat het gewicht in dezelfde richting is als de verplaatsing, verricht het positieve arbeid.

Lees meer