Podstawowe samouczki fizyki

Aby wyjaśnić nieodwracalne procesy termodynamiczne, naukowcy sformułowali drugą zasadę termodynamiki. Druga zasada termodynamiki wyjaśnia, jakie procesy mogą zachodzić we wszechświecie, a jakie nie. Jeden z naukowców, RJE Clausius (1822–1888), wypowiedział następujące stwierdzenie:

Naturalnie ciepło przemieszcza się od obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze; naturalnie ciepło nie przemieszcza się od obiektów o niskiej temperaturze do obiektów o wysokiej temperaturze (druga zasada termodynamiki — stwierdzenie Clausiusa).

Stwierdzenie Clausiusa jest jednym ze szczególnych stwierdzeń drugiej zasady termodynamiki. Nazywa się je stwierdzeniem szczególnym, ponieważ odnosi się tylko do jednego procesu, związanego z przenoszeniem ciepła. Ponieważ to stwierdzenie nie odnosi się do innych procesów, potrzebujemy bardziej ogólnego stwierdzenia. Opracowanie ogólnego stwierdzenia drugiej zasady termodynamiki opiera się na badaniu silników cieplnych. Dlatego najpierw omówimy ciepło silnika.

Przeczytaj więcej

Artykuł Procesy termodynamiczne: Izotermiczne Adiabatyczne Izochoryczne Izobaryczne

Istnieją cztery procesy termodynamiczne: izotermiczny, izochoryczny, izobaryczny i adiabatyczny.

Proces izotermiczny (stała temperatura)

W procesie izotermicznym temperatura układu jest stała. Teoretycznie analizowany układ jest gazem doskonałym. Temperatura gazu doskonałego jest wprost proporcjonalna do energii wewnętrznej gazu doskonałego (U = 3/2 n RT). T się nie zmienia, więc U również się nie zmienia. Zatem, po zastosowaniu do procesu izotermicznego, pierwsza zasada równania termodynamicznego przyjmuje postać:

Przeczytaj więcej

Proces termodynamiczny

Ciepło (Q) to energia, która przemieszcza się z jednego obiektu do drugiego z powodu różnicy temperatur. W układach i środowiskach ciepło to energia przemieszczająca się z układu do otoczenia lub energia przemieszczająca się z otoczenia do układu z powodu różnicy temperatur. Jeśli temperatura układu jest wyższa niż temperatura otoczenia, ciepło będzie przepływać z układu do otoczenia. Jeśli temperatura otoczenia jest wyższa niż temperatura układu, ciepło będzie przepływać z otoczenia do układu.

Ciepło (Q) to energia, która przemieszcza się pod wpływem różnicy temperatur, natomiast praca (W) jest związana z przenoszeniem energii poprzez pracę. Na przykład, jeśli układ wykonuje pracę nad otoczeniem, to energia przemieszcza się z układu do otoczenia. I odwrotnie, jeśli otoczenie wykonuje pracę nad układem, to energia przemieszcza się z otoczenia do układu.

Przeczytaj więcej

Zderzenia niesprężyste

Prawo zachowania energii kinetycznej nie ma zastosowania w zderzeniach niesprężystych. Prawo zachowania pędu ma zastosowanie w zderzeniach niesprężystych, jeśli na dwa zderzające się obiekty nie działa żadna siła zewnętrzna. W zderzeniu niesprężystym dwa obiekty sklejają się ze sobą lub pozostają ze sobą połączone po zderzeniu.

Przykładowe pytanie 1.

Dwa obiekty mają tę samą masę, czyli 1 kg. Obiekt 1 porusza się po płaskiej powierzchni z prędkością 10 m/s i zderza się z obiektem 2, który jest w spoczynku. Po zderzeniu oba obiekty sklejają się. Jaka jest prędkość obu obiektów po zderzeniu?

Przeczytaj więcej

Częściowo sprężyste zderzenia

W zderzeniach częściowo sprężystych obowiązuje zasada zachowania pędu, natomiast nie obowiązuje zasada zachowania energii kinetycznej. W momencie zderzenia część energii kinetycznej przekształca się w energię dźwięku, energię cieplną i energię wewnętrzną. Użycie słowa „sprężysty” wskazuje, że po zderzeniu dwa obiekty nie przylegają do siebie, lecz się odbijają.

Przykładem częściowo sprężystego zderzenia jest jednowymiarowe zderzenie dwóch kulek lub dwóch bilardowych.

Przeczytaj więcej

Zachowanie pędu liniowego

Prawo zachowania pędu liniowego głosi, że jeżeli na dwa zderzające się obiekty nie działa żadna siła zewnętrzna, to pęd obiektów przed zderzeniem jest równy pędowi obiektów po zderzeniu.

p₁ + str₂ =p₁ ' + p₂ ' ………………….. Równanie 1.4

m₁ v₁ +m₂ v₂ = m₁ v₁ ' + m₂ v₂ "

Jeżeli po zderzeniu oba obiekty przykleją się do siebie,

m₁ v₁ +m₂ v₂ = (m₁ +m₂ ) w

Przeczytaj więcej

Zderzenia idealnie sprężyste

Zderzenie dwóch obiektów nazywa się zderzeniem idealnie sprężystym, jeśli pęd lub energia kinetyczna każdego z nich przed zderzeniem jest równa pędowi i energii kinetycznej każdego z nich po zderzeniu. Innymi słowy, prawo zachowania pędu i prawo zachowania energii kinetycznej mają zastosowanie w zderzeniach idealnie sprężystych. Użycie słowa „sprężysty” wskazuje, że po zderzeniu dwa obiekty nie sklejają się ani nie są ze sobą połączone, lecz odbijają się od siebie. Pęd każdego obiektu jest zachowany.

Pęd każdego obiektu jest zachowany.

Przeczytaj więcej

Zasada pracy i energii mechanicznej

Twierdzenie o pracy i energii kinetycznej głosi, że praca wypadkowa lub praca wykonana przez siłę wypadkową jest równa zmianie energii kinetycznej.

W_netto = DO_t - DO_o = 1⁄2 m(v_t² - v_o²)

W_netto = Istnieją dwa rodzaje sił: siły zachowawcze i siły niezachowawcze. Zatem praca netto może być uznana za pracę wykonaną przez siłę zachowawczą i pracę wykonaną przez siłę niezachowawczą.

W_c + W._nc = ΔKE

Przeczytaj więcej

Praca wykonana przez siły zachowawcze Energia potencjalna

Zaobserwuj obiekt, który porusza się pionowo w górę, a następnie powraca do pozycji początkowej po osiągnięciu maksymalnej wysokości. Gdy obiekt porusza się pionowo w górę, ciężar wykonuje nad nim pracę ujemną. Gdy obiekt porusza się w górę, jego wysokość wzrasta. W związku z tym wzrasta również energia potencjalna grawitacji obiektu. Można zatem wnioskować, że praca ujemna wykonana przez ciężar jest równa wzrostowi energii potencjalnej grawitacji (PE) obiektu.

Przeczytaj więcej

Siła konserwatywna i siła niezachowawcza

1. Siła konserwatywna

1.1 Waga (szer.)

Zaobserwuj obiekt, który porusza się pionowo w górę, aż osiągnie maksymalną wysokość, a następnie opada w kierunku swojego położenia początkowego. Podczas ruchu pionowego w górę o h, ciężar ma kierunek przeciwny do przemieszczenia. Zatem ciężar wykonuje pracę ujemną nad obiektem. 

W = wh (cos 180^o) = – wh = – mgh

Po osiągnięciu maksymalnej wysokości obiekt porusza się w dół, w kierunku położenia początkowego, o wartość h. Podczas ruchu w dół ciężar porusza się w tym samym kierunku, co przesunięcie. Ponieważ ciężar porusza się w tym samym kierunku, co przesunięcie, wykonuje pracę dodatnią.

Przeczytaj więcej