Физика для старшей школы - Естественные науки

энтропия

Энтропия Материя

В предыдущем обсуждении мы рассмотрели несколько конкретных формулировок второго закона термодинамики. Следует отметить, что эти конкретные формулировки могут объяснить лишь некоторые необратимые процессы. Формулировка Клаузиуса объясняет только теплопередачу и её связь с принципом работы холодильников. Формулировки Кельвина и Планка относятся к принципу работы тепловых двигателей . По сути, эти две формулировки касаются теплопередачи. Существует множество других необратимых процессов, которые нельзя объяснить с помощью этих двух формулировок.

Охлаждающая машина

Статьи о холодильных машинах

Холодильник — это тепловой двигатель, работающий в обратном направлении. Таким образом, тепловой двигатель забирает тепло из области с низкой температурой и отводит его в область с высокой температурой. Для того чтобы этот процесс произошел, двигатель должен совершить работу. Однако тепло естественным образом перетекает только из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Тепло не может перетекать самостоятельно из области с низкой температурой в область с высокой температурой. Это соответствует ранее обсуждавшейся формулировке Клаузиуса. Для процесса, происходящего в холодильнике, предыдущую формулировку Клаузиуса можно записать следующим образом:

Цикл двигателя Карно

Статья о цикле Карно

Чтобы выяснить, как повысить эффективность теплового двигателя, французский учёный Сади Карно (1796-1832) в 1824 году теоретически исследовал идеальный тепловой двигатель. В то время первый и второй законы термодинамики ещё не были сформулированы. Первый закон не был сформулирован, потому что учёные ещё не знали, что тепло — это энергия. После экспериментов Джоуля и его друзей в 1830-х годах учёные с уверенностью знали только то, что тепло — это энергия, передаваемая за счёт разницы температур. Поэтому первый закон термодинамики был сформулирован после 1830 года. Сади Карно в 1824 году теоретически исследовал идеальный тепловой двигатель. Его исследование фактически было направлено на повышение эффективности паровых двигателей, использовавшихся в то время. Большинство паровых двигателей того времени были менее эффективными.

Второй закон термодинамики

Статья о втором законе термодинамики

Все природные процессы происходят только в одном направлении, но не могут происходить в обратном направлении, обычно называемом необратимыми процессами. После того, как манго отрывается от стебля и свободно падает на землю, оно никогда больше не поднимается. Книга, которую мы толкаем, а затем останавливаем, никогда не возвращается к нам. Если мы коснемся объекта с высокой температурой (горячего объекта) объектом с низкой температурой (холодного объекта), тепло естественным образом перетечет от объекта с высокой температурой к объекту с низкой температурой. Мы никогда не наблюдаем обратного процесса, когда тепло естественным образом переходит от холодного объекта к горячему. Если бы этот процесс происходил, то холодный объект стал бы холоднее, а горячий — горячее. Но в реальности все не так. Существует множество необратимых процессов, которые кажутся разными, но все они связаны с изменением формы энергии и передачей энергии от одного объекта к другому.

Применение первого закона термодинамики к нескольким термодинамическим процессам.

Статья о применении первого закона термодинамики к нескольким термодинамическим процессам.

Ранее мы обсуждали первый закон термодинамики и анализировали работу, совершаемую системой. На этот раз мы рассмотрим некоторые применения первого закона термодинамики в четырех термодинамических процессах. Эти четыре процесса — изотермический, изохорический, изобарический и адиабатический. Эти термины происходят из греческого языка.

Изотермический процесс (постоянная температура)

Для начала рассмотрим применение первого закона термодинамики к изотермическому процессу. В изотермическом процессе температура системы поддерживается постоянной. Система, которую мы анализируем теоретически, — это идеальный газ. Температура идеального газа прямо пропорциональна его внутренней энергии (U = 3/2 nRT). Поскольку T остается постоянной, U также остается постоянной. Следовательно, применительно к изотермическому процессу уравнение первого закона термодинамики принимает следующий вид:

Закон сохранения энергии

Статья о законе сохранения энергии

Формы энергии

В нашей повседневной жизни существует множество форм энергии. В теме работы и энергии мы познакомились с двумя формами механической энергии: потенциальной энергией и кинетической энергией . Потенциальная энергия включает в себя несколько типов, в том числе гравитационную энергию, энергию упругости и электрическую энергию . Кинетическая энергия включает в себя два типа: поступательную кинетическую энергию и вращательную кинетическую энергию.

Вкусный, спелый манго обладает гравитационной потенциальной энергией, поскольку он подвешен за стебель. То же самое происходит, когда вы находитесь на определенной высоте над землей, например, на крыше. Объект обладает гравитационной потенциальной энергией благодаря своему положению относительно Земли.

Первый закон термодинамики

Материалы по первому закону термодинамики

Термодинамический процесс

Тепло (Q) — это энергия, которая передается от одного объекта к другому из-за разницы температур. В отношении системы и окружающей среды тепло можно определить как энергию, которая передается от системы к окружающей среде, или энергию, которая передается от окружающей среды к системе из-за разницы температур. Если температура системы выше температуры окружающей среды, тепло будет передаваться от системы к окружающей среде. И наоборот, если температура окружающей среды выше температуры системы, тепло будет передаваться от окружающей среды к системе.

Если теплота (Q) связана с передачей энергии вследствие разницы температур, то работа (W) связана с передачей энергии, происходящей механическим путем. Например, если система совершает работу над окружающей средой, то энергия автоматически будет перемещаться из системы в окружающую среду. И наоборот, если окружающая среда совершает работу над системой, то энергия будет перемещаться из окружающей среды в систему.

Пример вопросов о плотности

9 примеров задач на плотность

1. Объём объекта равен 8 см³ ^, а его масса — 84 грамма, следовательно, его плотность равна...

А. 10,5 г/ ^см³

В. 8,5 г/ ^см³

С. 6,4 г/ ^см³

D. 4,8 г/ ^см³

Обсуждение

Примеры вопросов по изготовлению магнитов

14 примеров проблем, возникающих при изготовлении магнитов

1. Пример вопроса по изготовлению магнитов 1 Изготовить магнит путем трения — это...

Обсуждение
Намагничивание методом трения осуществляется путем трения магнита о намагничиваемый объект, причем трение производится в одном направлении. Полюса, образующиеся на намагничиваемом объекте, зависят от полюса магнита, используемого для трения. Если полюс магнита, используемого для трения, является северным полюсом, то конец объекта, который трется, становится южным полюсом. И наоборот, если полюс магнита, используемого для трения, является южным полюсом, то конец объекта, который трется, становится северным полюсом.
Правильный ответ — C.

Закон идеального газа (Уравнение состояния идеального газа)

Статья об идеальном газовом законе (уравнении состояния идеального газа).

Законы газов, включая закон Бойля, закон Шарля и закон Гей-Люссака , не применимы ко всем газовым состояниям, что затрудняет наш анализ. Для упрощения анализа создана модель идеального газа. Идеальные газы не существуют в повседневной жизни; это просто совершенные формы, созданные для упрощения анализа. Концепция идеального газа также значительно помогает нам в изучении взаимосвязи между тремя газовыми законами.

Взаимосвязь между температурой, объемом и давлением газа

Опираясь на три приведенных выше газовых закона, мы можем вывести более общее соотношение между температурой, объемом и давлением газа.