Основы термодинамики. 14.9

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 < 0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно:

Q = Q1 + Q2 = Q1 – |Q2|.

При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (ΔU = 0). Согласно

первому закону термодинамики,

ΔU = Q – A = 0

Отсюда следует:

A = Q = Q1 – |Q2|.

Основы термодинамики. 14.10

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя,

называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины

A Q1 -|Q2|

Q1 Q1

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Этот круговой процесс сыграл важную роль в развитии учения о тепловых

процессах. Он называется циклом Карно.

Основы термодинамики. 14.11

При изотермическом процессе внутренняя энергия идеального газа остается постоянной. Поэтому количество полученного газом тепла Q1

равно работе А12, совершаемой газом при переходе из состояния 1 в

состояние 2 (изотермический процесс при большей температуре). Эта работа равна:

Q1 =A12 m RT1 ln V2

V1

Количество отдаваемого холодильнику тепла Q2’ равно работе А34’, затрачиваемой на сжатие газа при переводе его из состояния 3 в состояние 4. Эта работа равна

Q'2 =A34' m RT2 ln V3

V4

Для того чтобы цикл был замкнутым, нужно, чтобы состояния 4

и 1 лежали на одной и той же адиабате. Отсюда вытекает условие: T1V1 1 T2V4 1

Лекция 15 Электрические заряды. Точечный заряд. Закон Кулона.

Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

Известно, что при определенных условиях тела приобретают электрический заряд – электризуются. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц. Заряд всех элементарных частиц одинаков по абсолютной величине (если он не равен нулю). Обозначается он е.

Поскольку всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов, он является целым кратным

e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.:

q Ne

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы о свойствах зарядов:

Электростатика. 15.2

1) Существует два рода электрических зарядов, условно

названных положительными и отрицательными.

2) Заряды могут передаваться (например, при

непосредственном контакте) от одного тела к другому. В

отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же

тело в разных условиях может иметь разный заряд.

3) Одноименные заряды отталкиваются, разноименные –

притягиваются.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения

электрического заряда

В изолированной системе+ алгебраическая+ + ... + =сумма зарядов всех тел

остается постоянной:q1 q2 q3 qn const

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в

замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

Электростатика. 15.3

Точечным зарядом называют заряженное

тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был установлен французским физиком Ш. Кулоном (1785 г.). С помощью крутильных весов Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков в зависимости от величины зарядов на них и от расстояния между ними. При этом Кулон исходил из того, что при касании заряженного металлического шарика с точно таким же, но не заряженным заряд между ними распределится поровну.

Электростатика. 15.4

В результате своих опытов Кулон пришел к выводу, что

сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с проходящей через заряды прямой. Закон кулона может быть выражен следующей формулой

F=k q1q2 r2

В случае одноименных зарядов, сила оказывается положительной (что соответствует отталкиванию между зарядами). В случае разноименных зарядов сила отрицательна

Электростатика. 15.5

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика – напряженность

электрического поля. Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд,

Напряженность электрического поля – векторная физическая

величина. Направление вектора E совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на

положительный пробный заряд.

Электростатика. 15.6

Как следует из закона Кулона и определения напряженности,

напряженность точечного заряда пропорциональна величине заряда q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r

Направлен вектор Е вдоль радиальной прямой, проходящей

через заряд и данную точку поля, от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен.