Grundläggande fysikhandledningar

För att förklara de irreversibla termodynamiska processerna formulerade forskarna termodynamikens andra lag. Den andra lagen förklarar vilka processer som kan ske i universum och vilka processer som inte kan ske. En forskare vid namn RJE Clausius (1822-1888) gjorde följande uttalande:

Naturligtvis rör sig värme från föremål med hög temperatur till föremål med låg temperatur; naturligtvis rör sig värme inte från föremål med låg temperatur till föremål med hög temperatur (termodynamikens andra lag - Clausius uttalande).

Clausius påstående är ett av de speciella påståendena i termodynamikens andra huvudsats. Det kallas ett speciellt påstående eftersom det endast gäller en process, relaterad till värmeöverföring. Eftersom detta påstående inte är relaterat till andra processer behöver vi ett mer generellt påstående. Utvecklingen av ett generellt påstående i termodynamikens andra huvudsats baseras på studiet av värmemotorer. Därför diskuterar vi motorvärme först.

Läs mer

Artikel Termodynamiska processer: Isotermisk Adiabatisk Isokorisk Isobarisk

Det finns fyra termodynamiska processer, nämligen isotermiska, isokoriska, isobariska och adiabatiska processer.

Isotermisk process (konstant temperatur)

I en isotermisk process hålls systemtemperaturen konstant. Teoretiskt sett är det analyserade systemet en ideal gas. Ideal gastemperaturen är direkt proportionell mot den ideala inre gasenergin (U = 3/2 n RT). T förändras inte, så U förändras inte heller. Således, om den tillämpas på den isotermiska processen, blir den första huvudsatsen i den termodynamiska ekvationen:

Läs mer

Termodynamisk process

Värme (Q) är den energi som rör sig från ett objekt till ett annat på grund av temperaturskillnaden. När det gäller system och miljöer är värme energi som rör sig från system till miljö eller energi som rör sig från miljö till system på grund av temperaturskillnaden. Om systemtemperaturen är högre än omgivningstemperaturen kommer värme att flöda från systemet till omgivningen. Om omgivningstemperaturen är högre än systemtemperaturen flödar värme från omgivningen till systemet.

Värme (Q) är energi som rör sig på grund av temperaturskillnaden, medan arbete (W) är relaterat till energiöverföring genom arbete. Om systemet till exempel utför arbete på omgivningen, så rör sig energi från systemet till omgivningen. Omvänt, om omgivningen utför arbete på systemet, så rör sig energi från omgivning till system.

Läs mer

Oelastiska kollisioner

Lagen om bevarande av kinetisk energi är inte tillämplig vid oelastiska kollisioner. Lagen om bevarande av rörelsemängd är tillämplig vid oelastiska kollisioner om ingen yttre kraft verkar på de två kolliderande föremålen. Vid en oelastisk kollision klibbar två föremål ihop eller är fästa vid varandra efter kollisionen.

Exempelfråga 1.

Två föremål har samma massa, nämligen 1 kg. Föremål 1 rör sig på ett plant plan med en hastighet av 10 m/s och kolliderar med föremål två som är i vila. Efter kollisionen klibbar de två föremålen ihop. Vilken är de två föremålens hastighet efter kollisionen?

Läs mer

Delvis elastiska kollisioner

Vid delvis elastiska kollisioner gäller lagen om bevarande av rörelsemängd, medan lagen om bevarande av kinetisk energi inte gäller. Vid en kollision omvandlas en del av den kinetiska energin till ljudenergi, värmeenergi och inre energi. Användningen av ordet elastisk indikerar att de två föremålen efter kollisionen inte klibbar ihop utan studsar av.

Ett exempel på delvis elastisk kollision är den endimensionella kollisionen mellan två kulor eller två biljardbollar.

Läs mer

Bevarande av linjärt momentum

Lagen om bevarande av linjärt rörelsemängd säger att om det inte finns någon yttre kraft som verkar på två kolliderande objekt, är objektens rörelsemängd före kollisionen lika med objektens rörelsemängd efter kollisionen.

p₁ + sid₂ = s₁ ' + p₂ ' ………………….. Ekvation 1.4

m₁ v₁ +m₂ v₂ = m₁ v₁ ' + m₂ v₂ '

Om båda föremålen klibbar ihop efter kollisionen,

m₁ v₁ +m₂ v₂ = (m₁ +m₂ ) v'

Läs mer

Perfekt elastiska kollisioner

En kollision mellan två objekt kallas en perfekt elastisk kollision om varje objekts rörelsemängd eller kinetiska energi före kollisionen är lika med rörelsemängden och den kinetiska energin för varje objekt efter kollisionen. Med andra ord är lagen om rörelsemängdens bevarande och lagen om den kinetiska energins bevarande tillämpliga i perfekt elastiska kollisioner. Användningen av ordet elastisk indikerar att de två objekten efter kollisionen inte klibbar ihop eller är inte fästa vid varandra utan studsar av. Varje objekts rörelsemängd är bevarad.

Varje objekts rörelsemängd bevaras.

Läs mer

Principen för arbete-mekanisk energi

Satsen för arbete-kinetisk energi säger att nettoarbetet eller det arbete som utförs av nettokraften är lika med förändringen i kinetisk energi.

W_netto = TILL_t – TILL_o = 1⁄2 m(v_t² - v_o²)

W_netto = Det finns två typer av krafter, nämligen konservativ kraft och icke-konservativ kraft. Således kan nettoarbetet anses bestå av det arbete som utförs av en konservativ kraft och det arbete som utförs av en icke-konservativ kraft.

W_c + W_nc = ΔKE

Läs mer

Arbete utfört av konservativa krafter Potentiell energi

Observera ett objekt som rör sig vertikalt uppåt och sedan återgår till sin ursprungliga position efter att ha nått en maximal höjd. När objektet rör sig vertikalt uppåt utför vikten negativt arbete på objektet. När objektet rör sig uppåt ökar objektets höjd. Därför ökar även objektets gravitationella potentiella energi. Man kan dra slutsatsen att det negativa arbetet som utförs av vikten är lika med ökningen av objektets gravitationella potentiella energi (PE).

Läs mer

Konservativ kraft och icke-konservativ kraft

1. Konservativ kraft

1.1 Vikt (vikt)

Observera ett objekt som rör sig vertikalt uppåt tills det når en maximal höjd innan det rör sig nedåt mot sin ursprungliga position. När vikten rör sig vertikalt uppåt med h är den motsatt riktningen i förskjutningen. Således utför vikten negativt arbete på objektet. 

W = hv (cos 180^o) = – hv = – mgh

Efter att ha nått en maximal höjd rör sig objektet nedåt mot sin ursprungliga position med h. När det rör sig nedåt är vikten i samma riktning som förskjutningen. Eftersom den är i samma riktning som förskjutningen utför vikten positivt arbete.

Läs mer