Учебные пособия по основам физики

Вещание

Если присмотреться, сначала можно увидеть дым от сгорания. Через некоторое время дым исчезает. Вы пользовались духами? Даже если вы распыляете духи в комнате, другие люди за пределами дома тоже могут почувствовать их аромат. Если мама готовит вкусную и аппетитную еду на кухне, аромат может доноситься и до соседнего дома. Почему так происходит?

Существует множество других примеров. Если капнуть несколько капель чернил в стакан с чистой водой, чернила или пищевой краситель равномерно распределятся по всей воде. Это происходит автоматически. Некоторые из приведенных выше примеров — это явления диффузии, которые часто встречаются в повседневной жизни. Диффузия — это процесс перемещения веществ из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Под концентрацией понимается количество молекул/молей вещества на единицу объема. Место с высокой концентрацией — это место, где на единицу объема приходится много молекул вещества. И наоборот, места с низкой концентрацией — это места, где на единицу объема приходится мало молекул.

Внутренняя энергия идеального газа

Энергия в одноатомном идеальном газе

Энергия в одноатомном идеальном газе — это суммарная поступательная кинетическая энергия молекул этого газа. Суммарная поступательная кинетическая энергия молекул идеального газа равна произведению средней поступательной кинетической энергии каждой молекулы и числа молекул (N). Математически это выражается так:

Теорема о равнораспределении энергии

Теорема о равнораспределении энергии была теоретически выведена Клерком Максвеллом с использованием статистической механики. Она называется теоремой, потому что её нельзя доказать экспериментальным путём. Равномерное распределение энергии означает её полное распределение.

KE = средняя поступательная кинетическая энергия молекул газа (Дж)

k = постоянная Больцмана = 1.38 x 10^-23 Дж / К

T = абсолютная температура молекулы идеального газа (в Кельвинах)

Средняя кинетическая энергия газов

Помимо давления, одной из величин, определяющих макроскопическую природу газа, является температура (T). Уравнение давления газа:

Средняя кинетическая энергия газов 1

Кинетическая теория газов

ККинетическая теория утверждает, что каждое вещество состоит из атомов или молекул, и что атом или молекула непрерывно и беспрепятственно движутся. Это предположение кинетической теории соответствует ситуации и состоянию атома или молекулы газообразного вещества. Сила притяжения между атомами или молекулами, составляющими газ, слаба, поэтому атомы или молекулы могут свободно двигаться.

Закон Бойля, закон Шарля, закон Гей-Люссака.

Article Boyle’s law, Charles’s law, Gay-Lussac’s law

Закон Бойля

Robert Boyle (1627-1691) conducted experiments to investigate the quantitative relationship between gas pressure and volume. This experiment is carried out by inserting a certain amount of gas into a closed container. Until a pretty good approach, he found that if the gas temperature was kept constant, then when the gas pressure increased, the gas volume was reduced. Likewise, when the gas pressure decreases, the gas volume increases. Gas pressure is inversely proportional to gas volume. This relationship is known as Boyle’s Law. Mathematically:

Закон идеального газа

The gas laws of Boyle, Charles law and Gay-Lussac do not apply to all gas conditions, so our analysis becomes more difficult. Therefore, presented the ideal gas model. Ideal gas does not exist in everyday life; the ideal gas is the just perfect form to facilitate analysis. The existence of this ideal gas concept also really helps us in reviewing the relationship between the three laws of gas.

The relationship among temperature, volume, and gas pressure

By referring to the three gas laws above, we can derive a more general relationship between temperature, volume, and gas pressure.

Энтропия

Конкретная формулировка второго закона термодинамики не может описать все необратимые процессы, поэтому нам нужна общая формулировка. Ожидается, что эта общая формулировка объяснит все необратимые процессы, происходящие во Вселенной. Общая формулировка второго закона термодинамики была сформулирована в середине XIX века через величину, называемую энтропией (S). Энтропия была впервые введена Клаузиусом и была сформулирована на основе цикла Карно (идеальной калорической машины). Согласно Клаузиусу, система испытывает изменения энтропии, когда получает дополнительное тепло (Q) при постоянной температуре, что представлено уравнением:

Коэффициент полезного действия холодильной машины

Статья о коэффициенте полезного действия холодильной машины

Охлаждающая машина — это машина, которая отводит тепло из места с низкой температурой, а затем передает его в зону с высокой температурой. Для того чтобы этот процесс произошел, машина должна совершить работу, поскольку тепло естественным образом перетекает из зоны с высокой температурой в зону с низкой температурой. Это подтверждается утверждением Клаузиуса:

Для охлаждающей машины невозможно передать тепло из места с низкой температурой в место с высокой температурой без совершения работы (второй закон термодинамики — утверждение Клаузиуса).

Машина работает (Вт) для передачи тепла от низкой температуры (Q)._L) до высокой температуры (Q)_HНа основе закона сохранения энергии, Q_L + Вт = Q_H.

Тепловой двигатель Карно и цикл Карно

To find out how to increase the efficiency of жара engine, a French scientist named Sadi Carnot (1796-1832) examined an ideal theoretical caloric machine in 1824. At that time, the first law of thermodynamics had not been formulated, nor the second law of thermodynamics. The first law has not been formulated because scientists do not yet know that heat is energy. After Joule and his colleagues experimented in the 1830s, scientists discovered heat is energy that moves due to temperature differences. So, the first law of thermodynamics was formulated after 1830. Sadi Carnot had been researching the theoretical ideal caloric engine in 1824. His research was actually to increase the efficiency of the steam engine. Most steam engines of that time were less efficient.