Tabela zmian energii wewnętrznej ciała. Zmiana energii wewnętrznej

TEMPERATURA I JEJ POMIAR.

[P]=J. P=DU.

PROCESY TERMICZNE.

Topienie i krystalizacja.

Ta sama substancja może w pewnych warunkach znajdować się w stanie stałym, ciekłym i gazowym, zwanym stanem skupienia.

PRZEJŚCIE ZE STANU STAŁEGO W PŁYNNY NAZYWA SIĘ TOPIENIEM. Topienie następuje w temperaturze zwanej temperaturą topnienia. Temperatury topnienia substancji są różne, ponieważ ich struktura jest inna. Temperatura topnienia jest wartością tabelaryczną. Podczas procesu topienia temperatura się nie zmienia, ponieważ dostarczone ciepło jest zużywane na zniszczenie sieci krystalicznej ciała stałego.

ILOŚĆ CIEPŁA WYMAGANA DO PRZEAMIANY 1 KG SKŁADNIKA STAŁEGO O TEMPERATURZE TOPNIENIA W CIEKŁĄ O TEJ SAMEJ TEMPERATURZE NAZYWA SIĘ CIEPŁEM WŁAŚCIWYM TOPNIENIA. [l]=J/kg.

KRYSTALIZACJA TO PROCES PRZEJŚCIA SUBSTANCJI ZE STANU CIEKŁEGO W STANIE STAŁYM. Temperatura topnienia substancji jest równa jej temperaturze krystalizacji. Podobnie jak w procesie topienia, temperatura nie zmienia się podczas krystalizacji, ponieważ Podczas krystalizacji uwalniane jest ciepło, które zostało kiedyś zużyte na stopienie ciała. Utrzymuje stałą temperaturę ciała krystalizującego. Zgodnie z prawem zachowania energii przy obliczaniu ilości ciepła wydzielanego podczas krystalizacji stosuje się ten sam wzór, jak podczas topienia. Aby pokazać kierunek wymiany ciepła, wprowadza się do niego znak minus.

Parowanie i kondensacja.

PAROWANIE TO PROCES PRZEJŚCIA SUBSTANCJI ZE STANU CIEKŁEGO W STAN GAZOWY. Cząsteczki cieczy przyciągają się nawzajem, dlatego z cieczy mogą wylecieć tylko najszybsze cząsteczki o dużej energii kinetycznej. Jeśli nie ma dopływu ciepła, temperatura parującej cieczy spada. Szybkość parowania zależy od temperatury cieczy, jej powierzchni, rodzaju cieczy i obecności wiatru nad jej powierzchnią.

KONDENSACJA TO PRZEMIANA CIECZY W PARY. W otwartym naczyniu szybkość parowania przewyższa szybkość kondensacji. W zamkniętym naczyniu szybkości parowania i kondensacji są równe.

Po podgrzaniu cieczy uwalnianie rozpuszczonego w cieczy powietrza rozpoczyna się na dnie i ścianach naczynia. Wewnątrz tych pęcherzyków ciecz paruje. Pod wpływem siły Archimedesa pęcherzyki odrywają się od ścianek naczynia i unoszą się w górę. Dostają się do jeszcze nieogrzanej cieczy, a para się skrapla. Bąbelki zapadają się. Jednocześnie słychać charakterystyczny dźwięk.

Gdy ciecz się nagrzeje, kondensacja pary w pęcherzykach ustaje. A pęcherzyk pary, powiększający się w wyniku ciągłego parowania, dociera do powierzchni cieczy, pęka, uwalniając zawarte w nim pary do atmosfery. Ciecz się gotuje. WRZANIE TO TWORZENIE SIĘ PARY W CAŁEJ OBJĘTOŚCI CIECZY . Wrzenie następuje w temperaturze zwanej temperaturą wrzenia, która zależy od rodzaju cieczy i ciśnienia nad jej powierzchnią. Wraz ze spadkiem ciśnienia zewnętrznego temperatura wrzenia cieczy maleje. Podczas procesu wrzenia temperatura cieczy pozostaje stała, ponieważ dostarczona energia jest wydawana na przezwyciężenie wzajemnego przyciągania cząsteczek cieczy.

ILOŚĆ CIEPŁA WYMAGANA DO PRZEAMIANY 1 KG CIECZY W PARĘ O TEJ SAMEJ TEMPERATURZE NAZYWA SIĘ CIEPŁEM WŁAŚCIWYM TWORZENIA PARY. [L] = J/kg. Ciepło właściwe parowania jest różne dla różnych cieczy, a jego wartość liczbowa jest wartością tabelaryczną. Aby obliczyć ilość ciepła potrzebną do odparowania cieczy, należy pomnożyć ciepło właściwe parowania tej cieczy przez masę odparowanej cieczy.

Kiedy para się skrapla, uwalniana jest taka sama ilość ciepła, jaka została oddana podczas jej odparowania. Intensywna kondensacja pary wodnej następuje w temperaturze skraplania równej temperaturze wrzenia.

Spalanie paliwa.

Podczas spalania paliwa następuje proces tworzenia się cząsteczek dwutlenku węgla z atomów węgla paliwa i atomów tlenu powietrza atmosferycznego. Procesowi utleniania towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Aby scharakteryzować różne rodzaje paliw, wprowadzono je CIEPŁO WŁAŚCIWE SPALANIA PALIWA - ILOŚĆ CIEPŁA WYDAWANEGO PRZY CAŁKOWITYM SPALENIU 1 KG PALIWA . [q]=J/kg. Podobnie jak wszystkie inne wartości szczegółowe, ciepło właściwe spalania paliwa jest wartością tabelaryczną. Aby obliczyć ilość ciepła wydzielonego podczas całkowitego spalania paliwa, należy pomnożyć ciepło właściwe spalania paliwa przez masę paliwa.

Spalanie paliwa jest procesem nieodwracalnym, tj. płynie tylko w jednym kierunku.

PRAWO COULLOMBA.

Ładunek punktowy to ładunek umieszczony na ciele, którego wielkość i kształt można pominąć w danych warunkach. Prawo oddziaływania stacjonarnych ładunków punktowych zostało ustalone eksperymentalnie przy użyciu wag skrętnych przez C. Coulomba w 1785 roku.

Waga skrętna to lekka belka izolacyjna z małymi przewodzącymi kulkami przymocowanymi na końcach, z których jedna nie bierze udziału w eksperymencie, a jedynie działa jako przeciwwaga. Bujak zawieszony jest na cienkiej elastycznej nitce. Trzecią, podobnie naładowaną kulę wrzuca się do środka przez pokrywę urządzenia. Jedna z kulek wahacza jest przyciągana do włożonej kulki. W takim przypadku opłata jest dzielona pomiędzy nich po połowie, tj. kule będą miały ładunki o tej samej nazwie i równej wielkości. Kulki będą się odpychać. Siłę oddziaływania pomiędzy kulkami mierzy się kątem skręcenia nici. Ilość ładunku można zmienić poprzez wyjęcie trzeciej kulki z urządzenia i usunięcie z niego ładunku. Po wprowadzeniu go do urządzenia i ponownym rozdzieleniu ładunków, na kulkach pozostanie połowa pierwotnego ładunku. Coulomb ustalił to, zmieniając wielkość ładunków i odległości między nimi SIŁA DZIAŁANIA ŁADUNKÓW PUNKTOWYCH JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA DO MODUŁÓW ŁADUNKÓW I ODWROTNIE PROPORCJONALNA DO KWADRATÓW ODLEGŁOŚCI MIĘDZY NIMI . Ładunki punktowe to ładunki umieszczone na ciałach, których rozmiar i kształt można w tej konkretnej sytuacji pominąć.

F ~ q 1 , F~q 2 , F~1/r 2 Þ F~½q 1 ½½q 2 ½/r 2 .

Ponadto stwierdzono, że siła oddziaływania pomiędzy ładunkami w próżni jest większa niż w jakimkolwiek ośrodku dielektrycznym. Wielkość pokazującą, ile razy siła oddziaływania pomiędzy ładunkami w próżni jest większa niż w danym ośrodku, nazywa się stałą dielektryczną ośrodka. Stała dielektryczna ośrodka jest wartością tabelaryczną.

e = F w /F. [e] = 1.

Ustalono eksperymentalnie, że współczynnik proporcjonalności w prawie Coulomba k = 9 * 1O 9 Nm 2 / C 2 to siła, z jaką dwa ładunki punktowe o wartości 1 C każdy oddziaływałyby w próżni w odległości 1 m.

F = k |q 1 | |q 2 |/ e 2 .

Prawo Coulomba obowiązuje również w przypadku piłek naładowanych. W tym przypadku r jest rozumiane jako odległość między ich środkami.

PRAWO OHMA DLA PRZEKROJU OBWODU.

Wzrost różnicy potencjałów na końcach przewodnika powoduje wzrost natężenia w nim prądu. Ohm udowodnił eksperymentalnie, że natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do różnicy potencjałów w nim.

Kiedy różni odbiorcy są podłączeni do tego samego obwodu elektrycznego, natężenie prądu w nich jest różne. Oznacza to, że różni odbiorcy utrudniają przepływ przez nich prądu elektrycznego na różne sposoby. WIELKOŚĆ FIZYCZNA CHARAKTERYSTYCZNA ZDOLNOŚĆ PRZEWODNIKA DO ZAPOBIEGANIA PRZEPŁYWANIU PRĄDU ELEKTRYCZNEGO PRZEZ NIEGO NAZYWA SIĘ OPOREM ELEKTRYCZNYM . Rezystancja danego przewodnika jest wartością stałą w stałej temperaturze. Wraz ze wzrostem temperatury opór metali wzrasta, a cieczy maleje. [R] = Om. 1 om to rezystancja przewodnika, przez który płynie prąd o natężeniu 1 A, a na jego końcach różnica potencjałów wynosi 1 V. Najczęściej stosowane są przewodniki metalowe. Nośnikami prądu w nich są wolne elektrony. Poruszając się wzdłuż przewodnika, oddziałują z dodatnimi jonami sieci krystalicznej, oddając im część energii i tracąc prędkość. Aby uzyskać wymagany opór należy zastosować magazynek oporowy. Zasobnik rezystancji to zestaw spiral drutowych o znanych rezystancjach, które można włączyć do obwodu w żądanej kombinacji.

Ohm ustalił to eksperymentalnie NAtężenie prądu w jednorodnym odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do różnicy potencjałów na końcach tego odcinka i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji tego odcinka.

Jednorodny odcinek obwodu to odcinek, w którym nie ma źródeł prądu. Jest to prawo Ohma dla jednorodnego odcinka obwodu – podstawa wszystkich obliczeń elektrycznych.

Uwzględniając przewody o różnej długości, różnych przekrojach, wykonane z różnych materiałów, stwierdzono: OPÓR PRZEWODNIKA JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA DO DŁUGOŚCI PRZEWODNIKA I ODWROTNIE PROPORCJONALNA DO JEGO POWIERZCHNI PRZEKROJU. Opór sześcianu o krawędzi 1 metra, wykonanego z jakiejś substancji, jeśli prąd płynie prostopadle do jego przeciwległych ścian, nazywany jest oporem specyficznym tej substancji . [r] = Ohm m. Często stosuje się niesystemową jednostkę rezystywności - rezystancję przewodnika o polu przekroju poprzecznego 1 mm 2 i długości 1 m. [r] = Ohm mm 2 / M.

Specyficzna odporność substancji jest wartością tabelaryczną. Opór przewodnika jest proporcjonalny do jego rezystywności.

Działanie reostatów suwakowych i stopniowych opiera się na zależności rezystancji przewodu od jego długości. Reostat suwakowy to ceramiczny cylinder owinięty wokół niego drutem niklowym. Reostat podłącza się do obwodu za pomocą suwaka, który uwzględnia większą lub mniejszą długość uzwojenia w obwodzie. Drut pokryty jest warstwą kamienia, który izoluje zwoje od siebie.

A) SZEREGOWE I RÓWNOLEGŁE ŁĄCZENIE ODBIORNIKÓW.

Często w obwodzie elektrycznym znajduje się kilku odbiorców prądu. Wynika to z faktu, że posiadanie własnego źródła prądu przez każdego konsumenta nie jest racjonalne. Istnieją dwa sposoby łączenia odbiorców: szeregowy i równoległy oraz ich kombinacje w postaci połączenia mieszanego.

a) Szeregowe połączenie odbiorców.

W przypadku połączenia szeregowego konsumenci tworzą ciągły łańcuch, w którym konsumenci są połączeni jeden po drugim. W przypadku połączenia szeregowego nie ma odgałęzień przewodów łączących. Dla uproszczenia rozważmy obwód dwóch odbiorników połączonych szeregowo. Ładunek elektryczny przechodzący przez jednego z odbiorców przejdzie również przez drugiego, ponieważ w przewodniku łączącym odbiorców nie może nastąpić zanik, pojawienie się lub kumulacja ładunków. q=q 1 = q 2 . Dzieląc otrzymane równanie przez czas przepływu prądu przez obwód, otrzymujemy zależność pomiędzy prądem płynącym przez całe połączenie a prądami płynącymi przez jego odcinki.

Oczywiście praca polegająca na przemieszczeniu pojedynczego ładunku dodatniego po całym związku składa się z pracy potrzebnej do przemieszczenia tego ładunku przez wszystkie jego sekcje. Te. V=V1 + V2 (2).

Całkowita różnica potencjałów między odbiornikami połączonymi szeregowo jest równa sumie różnic potencjałów między odbiornikami.

Podzielmy obie strony równania (2) przez prąd w obwodzie i otrzymamy: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Te. Rezystancja całego odcinka połączonego szeregowo jest równa sumie rezystancji napięć jego elementów.

B) Równoległe połączenie odbiorców.

Jest to najczęstszy sposób umożliwiania konsumentom. Dzięki temu połączeniu wszyscy konsumenci są podłączeni do dwóch punktów wspólnych dla wszystkich konsumentów.

Podczas przechodzenia przez połączenie równoległe ładunek elektryczny przepływający przez obwód jest dzielony na kilka części, trafiając do poszczególnych odbiorców. Zgodnie z zasadą zachowania ładunku q=q 1 +q 2. Dzieląc to równanie przez czas przepływu ładunku, otrzymujemy zależność pomiędzy całkowitym prądem przepływającym przez obwód a prądami przepływającymi przez poszczególnych odbiorców.

Zgodnie z definicją różnicy potencjałów V=V 1 = V 2 (2).

Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu, natężenie prądu w równaniu (1) zastępujemy stosunkiem różnicy potencjałów do rezystancji. Otrzymujemy: V/R=V/R 1 + V/R 2. Po redukcji: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

te. odwrotność rezystancji połączenia równoległego jest równa sumie odwrotności rezystancji poszczególnych jego gałęzi.

ZASADY KIRCHHOFA.

Do obliczania rozgałęzionych obwodów elektrycznych stosuje się reguły Kirchhoffa.

Punkt w obwodzie, w którym przecinają się trzy lub więcej przewodników, nazywa się węzłem. Zgodnie z prawem zachowania ładunku suma prądów wpływających do węzła i wypływających z niego jest równa zeru. I = O. (pierwsza reguła Kirchhoffa). ALGEBRAICZNA SUMA PRĄDÓW PRZECHODZĄCYCH PRZEZ WĘZEŁ JEST RÓWNA ZERO.

Prąd wpływający do węzła jest uważany za dodatni, pozostawiając węzeł ujemny. Kierunki prądów w odcinkach obwodu można dobierać dowolnie.

Z równania (2) wynika, że PODCZAS OBCHODZENIA DOWOLNEJ PĘTLI ZAMKNIĘTEJ SUMA ALGEBRACZNA SPADKU NAPIĘCIA JEST RÓWNA ALGEBRAICZNEJ SUMIE SEM W TYM OBWODZIE , - (druga reguła Kirchhoffa).

Kierunek poruszania się po konturze dobierany jest dowolnie. Napięcie w odcinku obwodu uważa się za dodatnie, jeżeli kierunek prądu w tym odcinku pokrywa się z kierunkiem omijania obwodu. Pole elektromagnetyczne uważa się za dodatnie, jeżeli podczas obchodzenia obwodu źródło przechodzi z bieguna ujemnego na dodatni.

Jeżeli łańcuch zawiera m węzłów, to korzystając z pierwszej reguły można ułożyć m - 1 równań. Każde nowe równanie musi zawierać co najmniej jeden nowy element. Całkowita liczba równań ułożonych według reguł Kirchhoffa musi pokrywać się z liczbą przekrojów pomiędzy węzłami, tj. z liczbą prądów.

MAGNESY TRWAŁE.

Wzmocnienie pola magnetycznego elektromagnesu po wprowadzeniu do niego żelaznego rdzenia wynika z faktu, że żelazo w polu magnetycznym ulega namagnesowaniu, a jego pole magnetyczne nałożone na pole magnetyczne cewki je wzmacnia. Żelazo jest materiałem silnie magnetycznym i obejmuje także nikiel, kobalt, gadolin i ich związki. Namagnesowanie żelaznego rdzenia utrzymuje się nawet po jego wyjęciu z cewki. Ciało zachowujące właściwości magnetyczne nazywa się magnesem trwałym. Każdy magnes trwały ma dwa bieguny - północny i południowy. Są to miejsca magnesu, w których pole magnetyczne jest największe. Podobnie jak bieguny magnesów odpychają się, tak przeciwne bieguny przyciągają. Konfigurację pola magnesów trwałych można łatwo zbadać za pomocą opiłków żelaza.

Naturalnie namagnesowane kawałki żelaza lub rudy żelaza używano już w starożytnych Chinach do orientacji na Ziemi, która sama w sobie jest ogromnym magnesem trwałym. Południowy biegun magnetyczny Ziemi znajduje się w obszarze północnego bieguna geograficznego, ale nie pokrywa się z nim, północny biegun magnetyczny znajduje się w obszarze południowego bieguna geograficznego. Położenie biegunów magnetycznych nie jest stałe. Ponadto analiza ziemskich skał osadowych sugeruje, że ziemskie pole magnetyczne wielokrotnie zmieniało polaryzację. Pole magnetyczne Ziemi odgrywa ogromną rolę dla całego życia na niej, ponieważ... chroni nas przed strumieniem szybkich cząstek lecących na Ziemię z kosmosu, głównie ze Słońca. Kiedy ten przepływ się zmienia, na Ziemi obserwuje się burze magnetyczne - krótkotrwałe zmiany w polu magnetycznym Ziemi, powodujące zakłócenia komunikacji radiowej i odchylenia położenia igieł magnetycznych.

POLE MAGNETYCZNE PRĄDU.

W 182O Oersted odkrył, że igła magnetyczna znajdująca się obok przewodnika, przez który przepływa prąd elektryczny, obraca się tak, że jej oś pokrywa się ze styczną do okręgu otaczającego ten przewodnik.

W tym samym roku Ampere odkrył oddziaływanie przewodników z prądem i znalazł prawo, któremu podlega ta interakcja. Działanie przewodnika z prądem na igłę magnetyczną i wzajemne oddziaływanie przewodników z prądem można wytłumaczyć faktem, że przewodnik z prądem wytwarza w otaczającej go przestrzeni pole magnetyczne, które jest wykrywane przez igłę magnetyczną lub inny przewodnik przewodzący prąd.

Pole magnetyczne to szczególny rodzaj materii powstający w wyniku poruszania się ładunków elektrycznych (prądu) i wykrywany na podstawie jego wpływu na poruszające się ładunki elektryczne (prąd). Pole magnetyczne rozchodzi się w przestrzeni z prędkością światła. Zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od tworzącego go prądu. Pole magnetyczne ma energię.

Do badania pól magnetycznych wykorzystuje się małe igły magnetyczne, za pomocą których odkryto wygodny sposób graficznego przedstawiania pól magnetycznych za pomocą linii magnetycznych. Linia magnetyczna to linia, wzdłuż której rozmieszczone są osie małych igieł magnetycznych w polu magnetycznym. Wygląd linii magnetycznych można łatwo ustalić za pomocą małych opiłków żelaza posypanych kartonem i wprowadzonych do pola magnetycznego. W tym przypadku trociny namagnesowane w polu układają się w łańcuchy wzdłuż linii magnetycznych. Za kierunek tych linii przyjmuje się kierunek, jaki wskazywałby biegun północny igły magnetycznej.

Linie magnetyczne prostego przewodnika, w którym płynie prąd, są okręgami, których środkiem jest przewodnik, w którym płynie prąd. Kierunek linii określa zasada świdra: jeśli ruch translacyjny świdra (prawa śruba) pokrywa się z kierunkiem prądu w przewodniku, to kierunek ruchu obrotowego rączki świdra pokrywa się z kierunkiem linie magnetyczne.

Linie magnetyczne cewki przewodzącej prąd (solenoidu) są zamkniętymi krzywymi pokrywającymi zwoje cewki. Kierunek tych linii można łatwo określić na podstawie następującej zasady: jeśli weźmiesz cewkę prawą ręką tak, aby zgięte palce były skierowane wzdłuż płynącego w niej prądu, to zgięty kciuk wskaże kierunek linii magnetycznych wzdłuż oś cewki.

Cewka przewodząca prąd jest elektromagnesem podobnym do stałego magnesu paskowego. Pole magnetyczne cewki rośnie wraz z liczbą jej zwojów i natężeniem prądu w niej. Aby wzmocnić pole magnetyczne, do cewki wkładany jest żelazny rdzeń. Miejscem, w którym linie magnetyczne opuszczają cewkę, jest biegun północny elektromagnesu, a miejscem, w którym wchodzą, jest biegun południowy.

Elektromagnesy znajdują szerokie zastosowanie w technice zarówno do przenoszenia ciężkich części żelaznych, złomu żelaznego, jak i w wielu urządzeniach elektrycznych i radiotechnicznych.

Pole magnetyczne działa z pewną siłą na znajdujący się w nim przewodnik przewodzący prąd. Siła ta nazywana jest siłą amperową i zależy bezpośrednio od długości przewodnika i natężenia prądu w nim. Zależy to również od wielkości pola i lokalizacji przewodnika. Kierunek siły Ampera określa reguła lewej ręki: jeśli lewa ręka jest ustawiona w polu magnetycznym w taki sposób, że linie magnetyczne wchodzą do dłoni, a cztery wyciągnięte palce wskazują kierunek prądu, wówczas zgięty kciuk pokaże kierunek siły.

W silnikach elektrycznych wykorzystuje się wpływ pola magnetycznego na przewodnik przewodzący prąd. Silnik elektryczny prądu stałego składa się z części stacjonarnej – stojana i części ruchomej – wirnika. W żłobkach stojana umieszczona jest cewka, która wytwarza pole magnetyczne. Wirnik jest cewką o wielu zwojach, do której prąd doprowadzany jest za pomocą styków ślizgowych - szczotek. Aby zwiększyć pole magnetyczne, wirnik i stojan wykonane są z izolowanych od siebie blach stalowych transformatora. Wirnik napędzany jest siłą Ampera. Aby utrzymać stały obrót, kierunek prądu w uzwojeniu wirnika zmienia się okresowo za pomocą komutatora, którym w najprostszym przypadku są dwa półpierścienie stykające się ze szczotkami. Gdy wirnik się porusza, szczotka przemieszcza się z jednego półpierścienia na drugi, zmieniając kierunek prądu w cewce wirnika. Daje jej to możliwość wykonania kolejnego pół obrotu, gdy prąd ponownie zmieni kierunek.

Ponieważ Sprawność silników elektrycznych (do 98%) jest znacznie większa niż silników cieplnych, dlatego silniki elektryczne znajdują szerokie zastosowanie w transporcie, fabrykach itp. Silniki elektryczne są kompaktowe, nie zanieczyszczają środowiska i są łatwe w sterowaniu.

INSTRUMENTY OPTYCZNE.

Kamera.

Kamera składa się z dwóch głównych części: światłoszczelnej kamery i obiektywu. W najprostszym przypadku soczewką skupiającą może być soczewka. Aby obraz był wysokiej jakości w całym polu fotografii, obiektywy współczesnych aparatów stanowią złożony układ soczewek, który z reguły pełni rolę soczewki skupiającej. Obiektyw aparatu wytwarza na kliszy fotograficznej pokrytej warstwą światłoczułą rzeczywisty, odwrócony i z reguły zmniejszony obraz fotografowanego obiektu. W aparacie zastosowano formułę cienkiego obiektywu. Aby uzyskać wyraźny (ostry) obraz obiektu, obiektyw aparatu jest ruchomy. Poruszając obiektywem, uzyskujemy wymaganą ostrość obrazu. Fotografowane obiekty mogą znajdować się jednocześnie w różnych odległościach od aparatu. Głębię ostrości uzyskuje się poprzez częściowe zasłonięcie okna obiektywu przez przysłonę. Im mniejsze okienko obiektywu, tym wyraźniejsze będą na zdjęciu obiekty znajdujące się w różnych odległościach od aparatu.

Podczas robienia zdjęcia obiektyw aparatu otwiera się automatycznie na krótki okres czasu, zwany czasem ekspozycji. Aby obraz był widoczny, klisza jest wywoływana w specjalnym rozwiązaniu i utrwalana. Powstały obraz nazywa się negatywem, ponieważ obserwuje się na nim transmisję światła wstecznego. Te fragmenty filmu, na które wpada więcej światła, są ciemniejsze i odwrotnie. Aby uzyskać kartę fotograficzną (pozytyw), powstały obraz jest rzutowany na papier fotograficzny za pomocą powiększalnika. Następnie papier jest wywoływany i utwardzany.

Nowoczesne aparaty fotograficzne mogą generować kolorowe, a nawet trójwymiarowe obrazy. Niektóre urządzenia natychmiast wytwarzają gotowe zdjęcie. Rozwój fotografii stał się kinem.

Fotografia jest szeroko wykorzystywana do celów naukowych, technologicznych, kryminalistycznych itp. Może uczynić nas świadkami wydarzeń historycznych. Fotografia artystyczna jest szeroko rozpowszechniona.

Aparat projekcyjny.

Aparat projekcyjny służy do uzyskania na ekranie rzeczywistego, powiększonego, odwróconego obrazu ciał. Jeżeli obraz uzyskuje się w świetle przechodzącym (zdjęcie i klisza, obraz na szkle), wówczas urządzenie nazywa się diaskopem, w świetle odbitym - episkopem. Często stosuje się kombinację tych urządzeń - epidiaskop. Diaskop składa się ze źródła światła, kondensora i soczewki obiektywu. Aby zwiększyć oświetlenie ekranu, za źródłem światła często umieszcza się jedno lub więcej lusterek. Kondensator (dwie płasko-wypukłe soczewki) kieruje światło odchodzące od źródła do soczewki. Najprostszą soczewką może być soczewka skupiająca. Obiekt, którego obraz należy uzyskać na ekranie, umieszcza się pomiędzy kondensorem a soczewką. Przejrzystość obrazu osiągana jest poprzez przesuwanie obiektywu.

Urządzeniami projekcyjnymi są powiększalniki, filmoskopy, kamery filmowe, rzutniki.

Oko. Okulary.

Budowa oka przypomina kamerę. W jego skład wchodzą: twardówka – zewnętrzna część oka chroniąca oko przed uszkodzeniami mechanicznymi; rogówka - przednia przezroczysta część twardówki; tęczówka z otworem o zmiennej średnicy - źrenica; soczewka - soczewka dwuwypukła; ciało szkliste, które wypełnia objętość oka; siatkówka - zakończenia nerwowe przekazujące informacje do mózgu. Przestrzeń pomiędzy rogówką a soczewką wypełniona jest płynem wodnym, który głównie załamuje światło. Oko pracuje na formule cienkiej soczewki. Ponieważ obiekty mogą znajdować się w różnych odległościach od oka, wówczas aby uzyskać wyraźny obraz, krzywizna soczewki może zmieniać się za pomocą mięśni oka. Zdolność oka do wyraźnego obrazu obiektów znajdujących się w różnych odległościach od niego nazywa się akomodacją. Odległość, z której oko pozwala bez większego wysiłku dostrzec drobne szczegóły obiektów, nazywana jest odległością najlepszego widzenia. Dla zdrowego oka jest to 25 cm, bliska granica akomodacji wynosi około 12 cm, głębia ostrości zależy od obszaru źrenicy. Siatkówka składa się z pręcików, które wytwarzają obrazy czarno-białe, oraz czopków, które wytwarzają obrazy kolorowe. Obraz na siatkówce jest rzeczywisty, zredukowany, odwrotny. Trójwymiarowe widzenie zapewnia dwoje oczu.

Jeśli obraz tworzony przez oko znajduje się przed siatkówką, wówczas oko nazywa się krótkowzrocznością. Aby spojrzeć na przedmiot, osoba krótkowzroczna przybliża go do oczu i mocno obciąża mięśnie oczu. Krótkowzroczność koryguje się poprzez noszenie okularów z soczewkami rozbieżnymi. Oko dalekowzroczne tworzy obraz za siatkówką. Dalekowzroczność koryguje się poprzez noszenie okularów z soczewkami skupiającymi. Należy zauważyć, że zarówno krótkowzroczność, jak i dalekowzroczność będą postępować, jeśli nie będziesz używać okularów, ponieważ Podczas pracy mięśnie oczu ulegają przeciążeniu.

TEMPERATURA I JEJ POMIAR.

Badanie zjawisk termicznych nieuchronnie musiało dać wartość charakteryzującą stopień nagrzania ciał - temperaturę. Kiedy ciała stykają się, w wyniku oddziaływania cząsteczek, ich średnia energia kinetyczna wyrównuje się. Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek. Pokazuje kierunek procesów termicznych, gdyż energia jest samorzutnie przekazywana z ciał bardziej ogrzanych do ciał mniej ogrzanych, tj. z ciał o wyższej temperaturze do ciał o niższej temperaturze. Temperaturę mierzy się za pomocą termometrów. Pomiar temperatury opiera się na ustaleniu równowagi termicznej pomiędzy ciałami stykającymi się. W praktyce najczęściej stosowane są termometry cieczowe, które wykorzystują zmianę objętości cieczy (rtęci lub alkoholu) po podgrzaniu. Gdy ciecz rozszerza się, unosi się przez szklaną rurkę, pod którą znajduje się kamień. Punktami odniesienia (tj. punktami, na których opiera się skala temperatur) w międzynarodowym praktycznym systemie temperatur zaproponowanym przez Celsjusza są temperatura topnienia lodu (O 0 C) i temperatura wrzenia wody (1OOS0oTC). Odległość między tymi punktami na skali dzieli się na 100 równych części. Ponieważ Ponieważ rozszerzalność cieczy jest różna w różnych zakresach temperatur, termometr cieczowy gwarantuje prawidłowy pomiar tylko temperatur odniesienia. Większą dokładność charakteryzują termometry gazowe wykorzystujące zależność objętości gazu od temperatury przy stałym ciśnieniu lub zależność ciśnienia gazu od temperatury przy stałej objętości. Termometry mogą również wykorzystywać zależność rezystancji elektrycznej przewodników i półprzewodników od temperatury.

ENERGIA WEWNĘTRZNA I SPOSOBY JEJ ZMIANY.

Każde ciało składa się z ogromnej liczby cząsteczek. Cząsteczki ciał są w ciągłym ruchu, dlatego posiadają energię kinetyczną. Cząsteczki ciał stałych i ciekłych oddziałują ze sobą, co oznacza, że ​​posiadają także energię potencjalną. SUMA ENERGII KINETYCZNEJ I POTENCJALNEJ CZĄSTECZEK SKŁADAJĄCYCH SIĘ CIAŁA NAZYWA SIĘ ENERGIĄ WEWNĘTRZNĄ. [U]=J. Energia wewnętrzna obejmuje także energię cząstek tworzących atomy.

Energia wewnętrzna ciała może się zmieniać podczas różnych procesów termicznych. Na przykład po podgrzaniu zwiększa się prędkość ruchu cząsteczek, a tym samym ich energia kinetyczna. Kiedy ciało się nagrzewa, zwiększa się jego objętość, zmieniają się odległości między cząsteczkami, a co za tym idzie, zmienia się również energia potencjalna ich oddziaływania. Zmianę energii wewnętrznej można ocenić na podstawie zmiany temperatury ciała. Wraz ze wzrostem temperatury ciała wzrasta jego energia wewnętrzna.

Energię wewnętrzną można zmienić na dwa zasadniczo różne sposoby.

1. Jeżeli nad ciałem wykonywana jest praca, to ono się nagrzewa, tj. wzrasta jego energia wewnętrzna. Jeśli samo ciało działa na ciała zewnętrzne, jego energia wewnętrzna maleje. A=DU.

2. Energię wewnętrzną można również zmienić poprzez wymianę ciepła. TRANSFER CIEPŁA LUB WYMIANA CIEPŁA TO PROCES ZMIANY WEWNĘTRZNEJ ENERGIA BEZ PRACY. W ten sposób czajnik stojący na gorącym piecu otrzymuje energię poprzez wymianę ciepła.

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodność cieplna - przenoszenie energii poprzez wymianę jej między cząsteczkami podczas ich interakcji; konwekcja - przenoszenie energii przez przepływy ogrzanej cieczy lub gazu; promieniowanie - przenoszenie energii za pomocą fal elektromagnetycznych. Co więcej, ten ostatni rodzaj wymiany ciepła nie wymaga bezpośredniego kontaktu ciał ani obecności pomiędzy nimi jakiejkolwiek substancji.

Miarą przekazanej energii cieplnej podczas wymiany ciepła jest ILOŚĆ CIEPŁA TO CZĘŚĆ ENERGII WEWNĘTRZNEJ, KTÓRĄ CIAŁO OTRZYMA LUB ODDAWA PODCZAS PRZEKAZANIA CIEPŁA. [P]=J. P=DU.

PROCESY TERMICZNE.

Aby rozwiązać problemy praktyczne, nie sama energia wewnętrzna odgrywa znaczącą rolę, ale jej zmiana Δ U = U 2 - U 1. Zmiana energii wewnętrznej obliczana jest w oparciu o zasady zachowania energii.

Energia wewnętrzna ciała może zmieniać się na dwa sposoby:

1. Po zakończeniu Praca mechaniczna.

a) Jeżeli siła zewnętrzna powoduje odkształcenie ciała, to zmieniają się odległości pomiędzy cząstkami, z których się ono składa, a co za tym idzie, zmienia się energia potencjalna oddziaływania cząstek. Podczas odkształceń niesprężystych dodatkowo zmienia się temperatura ciała, tj. zmienia się energia kinetyczna ruchu termicznego cząstek. Kiedy jednak ciało ulega odkształceniu, wykonywana jest praca, która jest miarą zmiany energii wewnętrznej ciała.

b) Energia wewnętrzna ciała zmienia się także podczas jego niesprężystego zderzenia z innym ciałem. Jak widzieliśmy wcześniej, podczas niesprężystego zderzenia ciał, ich energia kinetyczna maleje, zamienia się w energię wewnętrzną (np. jeśli uderzysz młotkiem kilka razy w drut leżący na kowadle, drut się nagrzeje). Miarą zmiany energii kinetycznej ciała jest, zgodnie z twierdzeniem o energii kinetycznej, praca działających sił. Praca ta może również służyć jako miara zmian energii wewnętrznej.

c) Zmiana energii wewnętrznej ciała następuje pod wpływem siły tarcia, gdyż, jak wiadomo z doświadczenia, tarciu zawsze towarzyszy zmiana temperatury trących się ciał. Praca wykonana przez siłę tarcia może służyć jako miara zmiany energii wewnętrznej.

2. Używanie wymiana ciepła. Na przykład, jeśli ciało zostanie umieszczone w płomieniu palnika, jego temperatura ulegnie zmianie, a zatem zmieni się również jego energia wewnętrzna. Nie wykonano tu jednak żadnej pracy, gdyż nie było widocznego ruchu ani samego ciała, ani jego części.

Zmiana energii wewnętrznej układu bez wykonania pracy nazywa się zmianą energii wewnętrznej układu wymiana ciepła(przenikanie ciepła).

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

A) Przewodność cieplna to proces wymiany ciepła pomiędzy ciałami (lub częściami ciała) podczas ich bezpośredniego kontaktu, spowodowany termicznym chaotycznym ruchem cząstek ciała. Im wyższa temperatura, tym większa amplituda drgań cząsteczek ciała stałego. Przewodność cieplna gazów wynika z wymiany energii pomiędzy cząsteczkami gazu podczas ich zderzeń. W przypadku cieczy oba mechanizmy działają. Przewodność cieplna substancji jest maksymalna w stanie stałym i minimalna w stanie gazowym.

B) Konwekcja reprezentuje przenoszenie ciepła przez ogrzane przepływy cieczy lub gazu z niektórych obszarów zajmowanej przez nie objętości do innych.

c) Wymiana ciepła przy promieniowanie przeprowadzane na odległość za pomocą fal elektromagnetycznych.

Rozważmy bardziej szczegółowo sposoby zmiany energii wewnętrznej.

Ilość ciepła

Jak wiadomo, podczas różnych procesów mechanicznych następuje zmiana energii mechanicznej W. Miarą zmiany energii mechanicznej jest praca sił przyłożonych do układu:

Podczas wymiany ciepła następuje zmiana energii wewnętrznej ciała. Miarą zmiany energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła jest ilość ciepła.

Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła.

Zatem zarówno praca, jak i ilość ciepła charakteryzują zmianę energii, ale nie są tożsame z energią wewnętrzną. Nie charakteryzują one stanu samego układu (jak czyni to energia wewnętrzna), ale określają proces przejścia energii z jednego rodzaju na drugi (z jednego ciała na drugie), gdy stan się zmienia i w istotny sposób zależą od charakteru procesu.

Główna różnica między pracą a ciepłem polega na tym

§ praca charakteryzuje proces zmiany energii wewnętrznej układu, któremu towarzyszy przemiana energii z jednego rodzaju na inny (z mechanicznej na wewnętrzną);

§ ilość ciepła charakteryzuje proces przenoszenia energii wewnętrznej z jednego ciała do drugiego (z bardziej ogrzanego do mniej ogrzanego), któremu nie towarzyszą przemiany energetyczne.

§ Pojemność cieplna, ilość ciepła zużyta na zmianę temperatury o 1°C. Według bardziej rygorystycznej definicji, pojemność cieplna- wielkość termodynamiczna określona wyrażeniem:

§ gdzie Δ Q- ilość ciepła oddanego do układu i powodująca zmianę jego temperatury przez Delta; T. Stosunek różnicy skończonej Δ Q/ΔТ nazywa się średnią pojemność cieplna, stosunek nieskończenie małych ilości d Q/dT- PRAWDA pojemność cieplna. Od zm Q nie jest zatem zupełną różniczką funkcji stanu pojemność cieplna zależy od ścieżki przejścia pomiędzy dwoma stanami układu. Wyróżnić pojemność cieplna system jako całość (J/K), specyficzny pojemność cieplna[J/(g · K)], molowy pojemność cieplna[J/(mol K)]. Wszystkie poniższe wzory wykorzystują ilości molowe pojemność cieplna.

Pytanie 32:

Energię wewnętrzną można zmienić na dwa sposoby.

Ilość ciepła (Q) to zmiana energii wewnętrznej ciała, która następuje w wyniku wymiany ciepła.

Ilość ciepła mierzy się w jednostkach SI w dżulach.
[Q] = 1J.

Ciepło właściwe substancji pokazuje, ile ciepła potrzeba, aby zmienić temperaturę jednostki masy danej substancji o 1°C.
Jednostka SI pojemności cieplnej właściwej:
[c] = 1 J/kg °C.

Pytanie 33:

33 Pierwszą zasadą termodynamiki jest ilość ciepła otrzymanego przez układ w celu zmiany jego energii wewnętrznej i wykonania pracy nad ciałami zewnętrznymi. dQ=dU+dA, gdzie dQ to elementarna ilość ciepła, dA to elementarna praca, dU to przyrost energii wewnętrznej. Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do izoprocesów
Wśród procesów równowagowych zachodzących w układach termodynamicznych wyróżniają się: izoprocesy, w którym jeden z głównych parametrów stanu pozostaje stały.
Proces izochoryczny (V=stała). Schemat tego procesu (izochora) we współrzędnych R, V jest przedstawiony jako linia prosta równoległa do osi rzędnych (ryc. 81), gdzie przebiega proces 1-2 istnieje ogrzewanie izochoryczne i 1 -3 - chłodzenie izochoryczne. W procesie izochorycznym gaz nie wykonuje pracy na ciałach zewnętrznych, Proces izotermiczny (T=stała). Jak już wskazano w § 41, proces izotermiczny opisuje prawo Boyle'a-Mariotte'a
, aby podczas rozprężania gazu temperatura nie uległa obniżeniu, w procesie izotermicznym do gazu należy dostarczyć ilość ciepła odpowiadającą zewnętrznej pracy rozprężania.

Pytanie 34:

34 Adiabatyczny jest procesem, w którym nie zachodzi wymiana ciepła ( dQ= 0)pomiędzy systemem a otoczeniem. Wszystkie szybkie procesy można zaliczyć do procesów adiabatycznych. Na przykład proces rozchodzenia się dźwięku w ośrodku można uznać za proces adiabatyczny, ponieważ prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej jest tak duża, że ​​wymiana energii między falą a ośrodkiem nie ma czasu na wystąpienie. Procesy adiabatyczne stosowane są w silnikach spalinowych (rozprężanie i sprężanie mieszanki palnej w cylindrach), w agregatach chłodniczych itp.
Z pierwszej zasady termodynamiki ( dQ= D U+dA) dla procesu adiabatycznego wynika z tego
p /С V = γ , znajdujemy

Całkując równanie w zakresie od p 1 do p 2 i odpowiednio od V 1 do V 2 i wzmacniając, dochodzimy do wyrażenia

Ponieważ stany 1 i 2 są wybierane arbitralnie, możemy pisać

Energia wewnętrzna ciała nie jest jakąś stałą wartością. Może się zmienić w tym samym ciele.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia wewnętrzna ciała, ponieważ wzrasta średnia prędkość ruchu cząsteczek.

W konsekwencji wzrasta energia kinetyczna cząsteczek tego ciała. Przeciwnie, gdy temperatura spada, energia wewnętrzna ciała maleje.

Zatem, energia wewnętrzna ciała zmienia się, gdy zmienia się prędkość ruchu cząsteczek.

Spróbujmy dowiedzieć się, jak zwiększyć lub zmniejszyć prędkość ruchu cząsteczek. Aby to zrobić, przeprowadźmy następujący eksperyment. Przymocujmy cienkościenną mosiężną rurkę do stojaka (ryc. 3). Do rurki wlej trochę eteru i zamknij ją korkiem. Następnie owiniemy rurkę liną i zaczniemy szybko przesuwać ją w jednym kierunku, potem w drugim. Po pewnym czasie eter się zagotuje i para wypchnie korek. Doświadczenie pokazuje, że energia wewnętrzna eteru wzrosła: w końcu się rozgrzała, a nawet zagotowała.

Ryż. 3. Zwiększanie energii wewnętrznej ciała podczas wykonywania nad nim pracy

Wzrost energii wewnętrznej nastąpił w wyniku pracy wykonanej podczas pocierania rurki liną.

Nagrzewanie ciał następuje także podczas uderzeń, rozciągania i zginania, czyli podczas odkształcania. Energia wewnętrzna ciała we wszystkich powyższych przykładach wzrasta.

Stąd, Energię wewnętrzną ciała można zwiększyć wykonując pracę nad ciałem.

Jeśli ciało samo wykonuje pracę, to tak energia wewnętrzna maleje.

Wykonajmy następujący eksperyment.

Do grubościennego, szklanego naczynia zamykanego korkiem wpompowujemy powietrze przez znajdujący się w nim specjalny otwór (ryc. 4).

Ryż. 4. Zmniejszenie energii wewnętrznej ciała podczas wykonywania pracy przez samo ciało

Po pewnym czasie korek wyskoczy z naczynia. W momencie wyskoczenia korka z pojemnika tworzy się mgła. Jego wygląd oznacza, że ​​powietrze w naczyniu stało się zimniejsze. Sprężone powietrze w naczyniu, wypychające korek, działa. Wykonuje tę pracę kosztem swojej energii wewnętrznej, która maleje. Spadek energii wewnętrznej można ocenić na podstawie ochłodzenia powietrza w naczyniu. Więc, Energię wewnętrzną ciała można zmienić wykonując pracę.

Energię wewnętrzną ciała można zmienić w inny sposób, bez wykonywania pracy. Na przykład woda wrze w czajniku ustawionym na kuchence. Powietrze i różne przedmioty w pomieszczeniu ogrzewane są przez grzejnik centralnego ogrzewania, dachy domów ogrzewane są promieniami słońca itp. We wszystkich tych przypadkach wzrasta temperatura ciał, co oznacza wzrost ich energii wewnętrznej. Ale praca nie została wykonana.

Oznacza, zmiana energii wewnętrznej może nastąpić nie tylko w wyniku wykonanej pracy.

Jak możemy wyjaśnić wzrost energii wewnętrznej w tych przypadkach?

Rozważ następujący przykład.

Umieść metalową igłę dziewiarską w szklance gorącej wody. Energia kinetyczna cząsteczek gorącej wody jest większa niż energia kinetyczna cząstek zimnego metalu. Cząsteczki gorącej wody, oddziałując z cząsteczkami zimnego metalu, przekażą im część swojej energii kinetycznej. W rezultacie energia cząsteczek wody średnio spadnie, a energia cząstek metalu wzrośnie. Temperatura wody spadnie, a temperatura metalowej szprychy będzie stopniowo rosnąć. Po pewnym czasie ich temperatury się wyrównają. To doświadczenie pokazuje zmianę energii wewnętrznej ciał.

Więc, Energię wewnętrzną ciał można zmienić poprzez wymianę ciepła.

Proces zmiany energii wewnętrznej bez wykonywania pracy nad ciałem lub samym ciałem nazywa się przenoszeniem ciepła.

Przenikanie ciepła zawsze następuje w określonym kierunku: od ciał o wyższej temperaturze do ciał o niższej temperaturze.

Kiedy temperatura ciała się wyrówna, przenoszenie ciepła ustaje.

Energię wewnętrzną ciała można zmienić na dwa sposoby: wykonując pracę mechaniczną lub poprzez wymianę ciepła.

Z kolei wymianę ciepła można przeprowadzić: 1) przewodność cieplna; 2) konwekcja; 3) promieniowanie.

pytania

1. Korzystając z rysunku 3, opowiedz, jak zmienia się energia wewnętrzna ciała pod wpływem wykonanej nad nim pracy.
2. Opisz doświadczenie pokazujące, że ciało może wykonać pracę wykorzystując energię wewnętrzną.
3. Podaj przykłady zmian energii wewnętrznej ciała w wyniku wymiany ciepła.
4. Wyjaśnij, na podstawie struktury molekularnej substancji, ogrzewanie igły dziewiarskiej zanurzonej w gorącej wodzie.
5. Co to jest wymiana ciepła?
6. Jakie są dwa sposoby zmiany energii wewnętrznej ciała?

Ćwiczenie 2

1. Siła tarcia działa na ciało. Czy energia wewnętrzna ciała ulega zmianie? Po jakich znakach możemy to osądzić?
2. Podczas szybkiego zjazdu dłonie stają się gorące. Wyjaśnij, dlaczego tak się dzieje.

Ćwiczenia

Umieść monetę na kawałku sklejki lub drewnianej desce. Dociśnij monetę do planszy i szybko przesuń ją w jedną lub drugą stronę. Zwróć uwagę, ile razy trzeba poruszyć monetą, aby była ciepła, gorąca. Wyciągnij wniosek na temat związku wykonanej pracy ze wzrostem energii wewnętrznej ciała.