Mafunzo ya Msingi ya Fizikia

Ili kuelezea michakato ya thermodynamic isiyoweza kurekebishwa, wanasayansi waliunda sheria ya pili ya thermodynamics. Sheria ya pili ya thermodynamics inaelezea michakato gani inaweza kutokea katika ulimwengu na michakato gani haiwezi kutokea. Mwanasayansi mmoja aitwaye RJE Clausius (1822-1888) alitoa kauli ifuatayo:

Kwa kawaida, joto huhama kutoka vitu vyenye joto la juu hadi vitu vyenye joto la chini; kwa kawaida, joto halitoki kutoka vitu vyenye joto la chini hadi vitu vyenye joto la juu (Sheria ya Pili ya thermodynamics—Kauli ya Clausius).

Kauli ya Clausius ni mojawapo ya kauli maalum za sheria ya pili ya thermodynamics. Inaitwa kauli maalum kwa sababu inatumika kwa mchakato mmoja tu, unaohusiana na uhamishaji wa joto. Kwa kuwa kauli hii haihusiani na michakato mingine, tunahitaji kauli ya jumla zaidi. Ukuzaji wa kauli ya jumla ya sheria ya pili ya thermodynamics unategemea utafiti wa injini za joto. Kwa hivyo, tunajadili joto la injini kwanza.

Soma zaidi

Michakato ya Thermodynamic ya Makala: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric

Kuna michakato minne ya thermodynamic, yaani michakato ya Isothermal, isochoric, isobaric na adiabatic.

Mchakato wa Isothermal (joto la mara kwa mara)

Katika mchakato wa isothermal, halijoto ya mfumo huwekwa sawa. Kinadharia, mfumo uliochambuliwa ni gesi bora. Halijoto bora ya gesi ni sawa moja kwa moja na nishati bora ya gesi ya ndani (U = 3/2 n RT). T haibadiliki, kwa hivyo U pia haibadiliki. Kwa hivyo, ikitumika kwa mchakato wa isothermal, sheria ya kwanza ya mlinganyo wa thermodynamic inakuwa:

Soma zaidi

Mchakato wa Thermodynamic

Joto (Q) ni nishati inayohama kutoka kitu kimoja hadi kingine kwa sababu ya tofauti ya halijoto. Kuhusu mifumo na mazingira, joto ni nishati inayohama kutoka mfumo hadi mazingira au nishati inayohama kutoka mazingira hadi mfumo, kutokana na tofauti ya halijoto. Ikiwa halijoto ya mfumo ni kubwa kuliko halijoto ya mazingira, joto litatiririka kutoka mfumo hadi mazingira. Ikiwa halijoto ya mazingira ni kubwa kuliko halijoto ya mfumo, basi joto hutiririka kutoka mazingira hadi mfumo.

Joto (Q) ni nishati inayohama kutokana na tofauti ya halijoto, ilhali kazi (W) inahusiana na uhamishaji wa nishati kupitia kazi. Kwa mfano, ikiwa mfumo unafanya kazi kwenye mazingira, basi nishati huhama kutoka kwenye mfumo hadi kwenye mazingira. Kinyume chake, ikiwa mazingira yanafanya kazi kwenye mfumo, basi nishati huhama kutoka kwenye mazingira hadi kwenye mfumo.

Soma zaidi

Migongano Isiyo na Utulivu

Uhifadhi wa sheria ya nishati ya kinetiki hautumiki katika migongano ya inelastic. Uhifadhi wa sheria ya kasi unatumika katika migongano ya inelastic ikiwa tu hakuna nguvu ya nje inayofanya kazi kwenye vitu viwili vinavyogongana. Katika mgongano wa inelastic, vitu viwili hushikamana pamoja au huunganishwa baada ya mgongano.

Mfano wa swali la 1.

Vitu viwili vina uzito sawa, yaani kilo 1. Kitu 1 husogea kwenye ndege tambarare kwa kasi ya mita 10/s na kugongana na kitu cha pili ambacho kimepumzika. Baada ya mgongano, vitu hivyo viwili hushikamana. Kasi ya vitu hivyo viwili baada ya mgongano ni ipi?

Soma zaidi

Mgongano usio na mnyumbuliko mwingi

Katika migongano yenye unyumbufu kidogo, sheria ya uhifadhi wa kasi inatumika, huku uhifadhi wa sheria ya nishati ya kinetiki hautumiki. Wakati mgongano unapotokea, baadhi ya nishati ya kinetiki hubadilishwa kuwa nishati ya sauti, nishati ya joto, na nishati ya ndani. Matumizi ya neno elastic yanaonyesha kwamba baada ya mgongano, vitu hivyo viwili havishikamani pamoja bali hujirusha.

Mfano wa mgongano wa sehemu ya elastic ni mgongano wa pande moja wa marumaru mbili au mipira miwili ya bwawa.

Soma zaidi

Uhifadhi wa kasi ya mstari

Sheria ya uhifadhi wa kasi ya mstari inasema kwamba ikiwa hakuna nguvu ya nje inayofanya kazi kwenye vitu viwili vinavyogongana, kasi ya vitu kabla ya mgongano ni sawa na kasi ya vitu baada ya mgongano.

p₁ + uk₂ = uk₁ ' + p₂ ' ……………………….. Mlinganyo 1.4

m₁ v₁ +m₂ v₂ = m₁ v₁ ' + m₂ v₂ '

Ikiwa baada ya mgongano vitu vyote viwili vinashikamana,

m₁ v₁ +m₂ v₂ = (m₁ +m₂ ) v'

Soma zaidi

Migongano yenye unyumbufu kikamilifu

Mgongano wa vitu viwili huitwa mgongano wa elastic kikamilifu ikiwa kasi au nishati ya kinetiki ya kila kitu kabla ya mgongano ni sawa na kasi na nishati ya kinetiki ya kila kitu baada ya mgongano. Kwa maneno mengine, uhifadhi wa sheria ya kasi na uhifadhi wa sheria ya nishati ya kinetiki hutumika katika migongano ya elastic kikamilifu. Matumizi ya neno elastic yanaonyesha kwamba baada ya mgongano, vitu hivyo viwili havishikamani pamoja au havishikamani bali huruka. Kasi ya kila kitu huhifadhiwa.

Kasi ya kila kitu imehifadhiwa.

Soma zaidi

Kanuni ya nishati ya kazi-mitambo

Nadharia ya nishati ya kinetiki ya kazi inasema kwamba kazi halisi au kazi inayofanywa na nguvu halisi ni sawa na mabadiliko katika nishati ya kinetiki.

W_wavu = KWA_t – KWA_o = 1⁄2 m(v_t² - v_o²)

W_wavu = Kuna aina mbili za nguvu, yaani nguvu ya kihafidhina, na nguvu isiyo ya kihafidhina. Hivyo, kazi ya mtandao inaweza kuchukuliwa kuwa inajumuisha kazi inayofanywa na nguvu ya kihafidhina na kazi inayofanywa na nguvu isiyo ya kihafidhina.

W_c +W_nc = ΔKE

Soma zaidi

Kazi inayofanywa na vikosi vya kihafidhina Nishati inayowezekana

Chunguza kitu kinachosogea juu kwa wima na kisha kurudi kwenye nafasi yake ya awali baada ya kufikia urefu wa juu zaidi. Kitu kinaposogea juu kwa wima, uzito hufanya kazi hasi kwenye kitu hicho. Kitu kinaposogea juu, urefu wa kitu huongezeka. Kwa hivyo, nishati ya uvutano wa kitu huongezeka pia. Inaweza kuhitimishwa kuwa kazi hasi inayofanywa na uzito ni sawa na ongezeko la nishati ya uvutano wa kitu (PE).

Soma zaidi

Nguvu ya kihafidhina na nguvu isiyo ya kihafidhina

1. Nguvu ya Kihafidhina

1.1 Uzito (w)

Chunguza kitu kinachosogea juu kwa wima hadi kufikia urefu wa juu zaidi kabla ya kushuka kuelekea nafasi yake ya awali. Unaposogea juu kwa wima kwa h, uzito uko kinyume na ule wa kuhama. Kwa hivyo, uzito hufanya kazi hasi kwenye kitu hicho. 

W = wh (kwa sababu 180^o) = – wh = – mgh

Baada ya kufikia urefu wa juu zaidi, kitu hushuka chini kuelekea nafasi yake ya awali kwa h. Wakati wa kushuka chini, uzito uko katika mwelekeo sawa na uhamishaji. Kwa sababu uko katika mwelekeo sawa na uhamishaji, uzito hufanya kazi chanya.

Soma zaidi