Шпаргалка по "Физике"

(3) – суреттен адиабаталық ұлғаю кезіндегі жұмыс штрихталған аудан арқылы анықталады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.Қайтымды және  қайтымсыз процестер туралы түсінік 

Қайтымды және қайтымсыз процестер  туралы түсінік, жылу энергиясының жұмысқа  айналу шарттарын қарастырғанда (талдағанда) жылу машиналарның жұмысын талдағанда қажет болады.

Қайтымды процесс деп, кері бағытта өткізуге болатын процесті тура бағытта өткізгенде система қандай куйлерден өтсе , кері бағыттағы сондай күйлер тізбегінен өтетін процесті айтады. Жылу машинасы (двигательдері) дегеніміз, периодты түрде сырттан алған жылуының есебінен механикалық жұмыс орындаушы және әрбір период соңында бастапқы күйге келіп отыратын машина. Бұл машина тұйық процесс жасайды. Ол (1 б, в) – суретте көрсетілген                                                                   1 б –сурет  1 в – сурет

Бұл суретте идеал газдың жасаған  бір циклі көрсетілген, ол 1а2 ұлғаюдан және (2б1) сығылудан тұрады. Газ ұлғаю кезінде оң таңбалы жұмыс (dV>0, dA=PdV>0) орындайды десек, сығылу кезінде орындалатын жұмыс теріс таңбалы болады. Орындалған бір циклде жасалған жұмыстар қорытындысы А оң таңбалы десек . Онда мұндай цикл «тура цикл» деп атайды, ал орындалған жұмыс қорытындысы теріс таңбалы болса, «кері цикл» деп аталады. Бұл жұмыстың, яғни бір циклде орындалатын толық жұмыс, тұйық сызықтың (1а2в1) ауданымен өлшенеді (анықталады). «Тура цикл» жылу машиналарында, «кері цикл» суытқыш машиналарда қолданылады. Суытқыш машина периодты әсер етуші қондырғы, сыртқы күштің жұмысының есебінен жылу, температурасы жоғарғы денеге тасымалданады.

 Карно циклі.Жылу машиналарын күнделікті өмірге пайдалану қажеттілігінен Карноның  жұмысы дүниеге келді. Карно циклі бойынша жылу машиналарының берілген температура аралығындағы пайдалы әсер коэффициентінің қаншалықты көп бола алатындығын  есептеудің өрнегі анықталды, жылу машинасының ПӘК-нің жұмыс денесінің қасиеттеріне тәуелді еместігі туралы теорема мен оның құрылымына тәуелді еместігі анықталады, сонымен қатар Карно циклінің оптималдық экономикасына анықтама берілді. Карно циклінің ПӘК жұмыс денесінің қасиетіне байланысты еместігі туралы теорема абсолют температура туралы  шкаланы кіргізуге себеп болды.

Екі изотерма және екі адиабатадан  тұратын қайтымды циклға теориялық  талдау жасады. Карноның бұл циклы 2-суретте көрсетілген. Бұл циклде жұмыс дене  - жылжымалы поршен астына орналастырылған идеал газ болған. Изотермалық ұлғаю 12 және изотермалық сығылу 34 сызықтар  арқылы көрсетіледі. Изотермалық ұлғаю (12) кезінде температура Т₁ болса, сығылу кезіндегі (34) температура Т₂ болған. Изотермалық процесс кезінде (12 және 34) ішкі энергияның өзгерісі () нольге тең (немесе U=const) болғандықтан, қыздырғыштан алған Q₁ жылу T₁ температураны тұрақты етіп ұстай тұруға жұмсалады, яғни ұлғаю жұмысы А₁₂ мына теңдеумен анықталады:      (1)Бұл кезде газдың көлемі V_2-ге дейін ұлғайды, қысым Р₂-ге дейін төмендеді. Газ 2-күйге көшті. Ал, адиабаталық ұлғаю кезінде (23) қоршаған ортамен ешқандай жылу алмасу болмайды, сондықтан газ қысымы Р₃ –ке дейін төмендейді және температура Т₂ –ге дейін төмендейді. Бұл кездегі жұмыс А_2-3 ішкі энергияның есебінен орындалады:       (2)

Жұмыс денсі газды изотермиялық сығу процесі кезінде суытқышқа Q₂ жылу беріледі. Бұл жылудың мөлшері Q₂ сан жағынан сығу кезінде орындалатын жұмысқа тең болады:

(3), мұндағы минус «-» таңбасы жылудың суытқышқа берілетіндігін көрсетеді.

Циклдің аяқталуы (яғни көлемді V₄  -тен V₁-ге дейін сығумен) сыртқы күштің есебінен орындалатын ғазды адиабаталық сығумен аяқталады. Бұл жұмыс газдың ішкі энергиясын көбейтуге жұмсалады. Адиабаталық сығу жұмысы (41)                           (4).Тұйық процесс нәтижесінде орындалған жұмыс

  (4)

Карно циклінің пайдалы  әсер коэффициенті     

Адиабаталық (23) және (41) процестері үшін Пуассон теңдеуін жазамыз:

 және  (5)  бұл теңдеулерден (6)   шығады                                                         

(2) және (3) өрнектерін ПӘК-нің формуласына қойып * -ны анықтаймыз:   осыдан және *<1 (7)

Карно циклі қайтымды процесс. Карно  циклі арқылы маңызы күшті мына теоремалар дәлелденді:

1. Жылу машиналарының пайдалы  әсер коэффициенті (ПӘК) жұмыс  денесінің қасиеттеріне және  двигательдің құрылымына тәуелді  болмайды. ПӘК қыздырғыштың және  суытқыштың температураларына ғана  тәуелді болады.

2. Берілген температура аралығында  жұмыс орындайтын кез-келген жылу  машинасының ПӘК-іғ сол температура  аралығында жұмыс орындайтын  Карно машинасының ПӘК-нен жоғары  болуы мүмкін емес.

Карно машинасы абстракция болып қана табылады, ол тек қана іздестіру  мақсаты үшін пайдаланылатын машина, қорытындысында маңызды теоремалар дәлелденді. Бұл теоремалардың арқасында  жылу энергетикасының негізі қаланды  және өркендеуіне айтарлықтай әсер берді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.Газдардың жылу  сыйымдылықтарының сипаттамалары. 

Жылу сыйымдылығы —  дене температурасын 1°С-ге немесе 1 калорияға  жоғарылату үшін берілетін жылу мөлшері. Яғни, дененің (заттектің) қандай да бір  процестегі күйінің мардымсыз шексіз өзгерісі кезінде алатын жөне оларға температураны жоғарылату үшін қажет  болатын жылу мөлшері. Массаның жылу сыйымдылығының бірлігі меншікті жьлу сыйымдылығы деп аталады. Жылу сыйымдылығының қысымы тұрақты газдар үшін және көлемі тұрақты газдар үшін болып ерекшеленеді. Бірінші жағдайда дененің жьлулық ұлғаюына байланысты (дененің геометриялық өлшемдерінің өзгеруіне) сыртқы күштерге қарсы механикалық жұмыс жасалады, ал екінші жағдайда дененің жылуы кезінде оның геометриялық өлшемдері өзгермейді және энергиясын ұлғайтуға жұмсалады. Қысым тұрақты болған кездегі жылу сыйымдылығы көлемі тұрақты болған кездегі жылу сыйымдылығынан үнемі артық болады.

Меншікті жьшу сыйымдылығының дененің тығыздығына көбейтіндісі көлемдік жылу сыйымдылығы деп аталады.

Денелердің жылу сыйымдылығы  дегеніміз, оның температурасын 1°К өзгертуге  арналған, қажетті жылу санын айтады. Заттардың санына байланысты, мына меншікті жылу сыйымдылығын пайдаланады: С - массалы жылу сыйымдылығы, бір  килограмм массаның Дж/(кгК) жатуы; МС - молярлы жылу сыйымдылығы, 1 мольдың  Дж/(к мольК) жатуы;

С’ - көлемдік жылу сыйымдылығы, 1 м³ Дж/(м³К) нормалы жағдайда жатуы:

P=const кезіндегі, массалы  жылу сыйымдылығы, С_р - белгілейді және оны изобарлы деп атайды, ал V=const кезіндегісін C_v - белгілеп және оны изохорлы деп атайды. С_р және C_vаралық байланысын Майер теңдеуі арқылы беріледі:

Молярлы жылу сыйымдылығы  үшін Майер теңдеуі, мына түрде болады:

8,314 - әмбебапты газ тұрақтылығы,  кДж/(к мольК)

K - адиабаттар көрсеткіші.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.Электр зарядтарының  сақталу заңының мәні және  оған мысалдар 

келтіру.

Зарядтың сақталу  заңы – кез келген тұйық жүйенің (электрлік оқшауланған) электр зарядтарының алгебралық қосындысының өзгермейтіндігі  туралы табиғаттың іргелі дәл заңдарының бірі. Ол 18 ғ-да дәлелденген. Теріс электр зарядын тасушы электронның және электр зарядының шамасы электрон зарядына тең оң электр зарядты протонның ашылуы, электр зарядтарының өздігінше емес, бөлшектермен байланыста өмір сүретіндігін дәлелдеді (заряд бөлшектердің ішкі қасиеті болып саналады). Кейінірек электр заряды шамасы жөнінен электрон зарядына тең оң не теріс зарядты элементар бөлшектер ашылды. Сонымен, электр заряды дискретті: кез келген дененің заряды элементар электр зарядына еселі болып келеді. Әрбір бөлшектің өзіне тән белгілі бір электр заряды болатындықтан, бөлшектердің бір-біріне түрлену процесі болмаған жағдайда, зарядтың сақталу заңын бөлшектер саны сақталуының салдары ретінде қарастыруға болады. Мысалы, макроскопиялық дене зарядталған кезде зарядты бөлшектер саны өзгермейді, тек зарядтардың кеңістікте қайтадан тарала орналасуы өзгереді: зарядтар бір денеден басқа бір денеге ауысады.

Зарядтыңсақталузаңыбойыншазарядталған, бiроңжәнебiртерiсзарядтардантұратын, бөлшектертекқосарланыпқанапайдаболадыжәнежоғалады, мысалы, протонжәнеантипротон, электронжәнепозитрон.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Тізбек бөлігі үшін, тұйық тізбек  үшін және толық тізбек үшін  Ом заңы

 Толық тізбек үшін Ом заңы. Бір-біріне тізбектей жалғанған индуктивтігі   катушкадан, сыйымдылығы   конденсатордан және кедергісі   резистордан тұратын тізбектің қысқыштарына   айнымалы кернеу түсірейік .Ток күшінің   лездік мәні де,   амплитудалық мәні де тізбектей жалғанған тізбектің барлық бөлігінде бірдей болады. Ал ток көзінің полюстеріндегі лездік кернеу оның жеке бөліктеріндегі кернеудің лездік мәндерінің қосындысына тең:

 (1)

Тізбектей жалғанған тізбектің  барлық бөлігіндегі токтың тербелісі

 заңы бойынша өзгерсін. Қарастырып  отырған тізбекте еріксіз электромагниттік тербелістер, яғни айнымалы ток пайда болады. Резистордағы, конденсатордағы және катушкадағы кернеудің амплитудаларын сәйкесінше   және   деп белгілеп, оларды векторлық диаграммаға салайық (2.15-сурет). Ток күшінің амплитудасын горизонталь ось бойымен бағытталған вектор түрінде кескіндейік. Онда горизонталь ось пен әрбір кернеу амплитудасы векторының арасындағы бұрыш ток күшімен ғана сәйкес кернеу тербелістерінің фазалық айырымына тең болады.

Активті кедергідегі кернеудің тербеліс фазасы ток күшінің тербеліс фазасымен сәйкес келеді, ал конденсаторда кернеудің тербелісі ток күшінің тербелісінен фаза бойынша  -ге озады. Сондықтан (1) өрнегін былай жазуға болады:

Түсірілген кернеудің   амплитудасын векторлардың қосындысы ретінде табуға болады, яғни

(кернеу белгісінің үстіндегі  нұсқамаға (стрелкаға) қарап кернеуді  векторлық шама деп қарауға  болмайды. Бүл тек модульдері  көрсетілген кернеулерге тең  векторлар). 2.16-суреттен, барлық тізбектегі  кернеудің амплитудасы Пифагор  теоремасы бойынша   тең. Ом заңына сәйкес

 

 және 

сондықтан

осыдан

 (2.15)

Бұл айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы. 

Ток   күшінің  кернеу мен кедергіге тәуелділік заңын 1827 жылы Георг Ом ашты. Сондықтан  бұл заң Ом заңы деп аталады.        

 Тізбектің  бөлігіндегі ток күші – осы бөліктің ұштарындағы кернеуге тура пропорционал да, өткізгіштің кедергісіне кері пропорционал:                                     

I =U/R                  

I – тізбек бөлігіндегі  ток күші.                   

U – осы бөліктегі  кернеу.                  

R – осы бөліктегі  кедергі.        

 Ом  заңы – физиканың негізгі заңдарының бірі. Кедергіні  Оммен  өрнек-тейді. Заңнан екі тұжырым шығады:

1.     U=I*R. Тізбектің бөлігіндегі кернеу ток күшін осы бөлік кедергісіне көбейткенге тең.

2.     R=U/I. Тізбек бөлігіндегі кедергі осы тізбек ұштарындағы кернеудің тізбектегі ток күшіне қатынасына тең.    

Тұйық тізбек учаскесіне арналған Ом заңының өрнегін алу үщін энергияның сақталу заңына сүйенеміз. Учаскенің қштарындағы потенциалдар айырымы болсын делік. Учаскеге әсер ететін электр қозғаушы күшін деп белгілейік.

Белгілі бір бағытта І ток  пен э.қ. күшін алгебралқ шама ретінде қарастыруға болады. Стрелкамен бағыттас токты оң деп, ал оған қарама-қарсы  токты теріс деп есептейміз. Осы  сияқты стрелканың бағытымен бағыттас ісер ететін э.қ. күшті оң деп, ал қарама-қарсы  ісер ететінді теріс деп есептейік. Егер тізбектің учаскесін құратын  өткізгіштер қозғалмайтын болса, онда ток тек өткізгішті қыздыру нәтижесінен  жүреді. Сондықтан зарядты тасымалдаушы барлық күштердің істеген жұмысы бөлініп шыққан жылуға тең болады. уақыт ішінде өткізгішпен  

Заряд өтеді. Сонда зарядты тасымалдауға кеткен жұмыс мынаған тең:

 

 

 уақыт аралығанда бөлініп шыққан жылу:

 

Осы екі өрнекті теңестіріп және -ге қысқартып, мынаны аламыз:

      (1)

осыдан

          (2)

 

(1) және (2) формулалары тізбектің  біртекті емес учаскесіне арналған  Ом заңын өрнектейді.       болғанда (2) формулаласы біртекті өріске арналған Ом заңындағы өрнегіне көшеді. (1) өрнегіндегі деп алып, тұйық тізбек үшін Ом заңын аламыз:

, мұндағы  - тізбекке әсер ететін э.қ. күш, - тізбектің барлық бөлігіндегі қосынды кедергісі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Кирхгоф ережелері және оны  тармақталған тізбектер үшін  қолдану

Кирхгофтың заңдарын жазу үшін тармақтағы тоқтың бағытын оң бағытта бағыттау керек. Кирхгофтың бірінші заңы – электр тізбегінің түйініндегі электр тоғының алгебралық қосындысы нөлге тең

                               .                          (3.1)

Түйінен шығатын тоқ шартты түрде оң, ал түйінге бағытталған  тоқ теріс деп қабылданады (немесе керісінше).

Кирхгофтың екінші заңы – тұйық контурдағы ЭҚК-нің алгебралық қосындысы ондағы кернеудің түсуінің алгебралық қосындысына тең

                                                 (3.2)

Контурдың айналу бағыты өз еркінше таңдалады. Теңдіктің сол  жағын жазған кезде ЭҚК-нің бағыты таңдап алынған айналу бағытына сәйкес келсе – оң  деп қабылданады, ол қарсы бағытталса – теріс деп  қабылданады. Теңдіктің оң жағын  жазған кезде контурдағы таңдап алынған  оң бағытталған тоқтың бағыты айналу бағытына сәйкес келсе, тармақтағы кернеудің  түсуін оң таңбамен жазамыз, ал тоқтың оң бағыты айналу бағытына қарсы болса, кернеудің түсуін теріс таңбамен жазамыз.

Тізбек  тармақтан, түйіннен  және идеал тоқ көзінен тұрсын.

Кирхгоф заңдарын қолданамыз. тең болатын белгісіз тоқтардың санын орнатамыз. Әр тармаққа тоқтың оң бағытымен орнатылады.