Ответы На Защиту 6,7,8,15 Лаб (941003), страница 3
Текст из файла (страница 3)
8.1.5. Закон сохранения механической энергии: «Механическая энергия консервативной системы не изменяется с течением времени».
(Система консервативна, если все действующие на нее внешние и внутренние непотенциальные силы не совершают работы (
), а все внешние потенциальные силы стационарны).
8.1.6 Тензор инерции- 
. Это некоторая матрица:
, где 
, 
, 
- осевые моменты инерции, а все остальные числа- центробежные моменты инерции.
8.1.7. Основное уравнение динамики вращательного движения: 
. (
) , где Oz- ось вращения.
8.2.1. 
, (где 
- момент инерции маятника, 
- диаметр вала.)
8.2.2. Нет, при рассмотрении плоского движения маятника Максвелла нельзя применить закон сохранения механической энергии, так как механическая энергия маятника теряется при ударах в нижней точке.
8.2.4. Формула для теоретического расчета момента инерции маятника Максвелла:
(где 
-момент инерции вала с диском, 
- масса съемного кольца, 
и 
- внутренний и внешний диаметры кольца).
8.2.5. 
;
;
;
;
.
8.3.1. Маятник Максвелла представляет собой однородный диск, насаженный на цилиндрический вал и жестко скрепленный с ним. На диске закреплено объемное металлическое кольцо. Центры масс диска, вала и кольца лежат на одной оси. На вал наматываются нити, концы которых закреплены на кронштейне. При разматывании нити маятник совершает плоское движение, которое складывается из поступательного движения центра масс и вращательного движения вокруг оси симметрии.
При вращении потенциальная энергия диска переходит в кинетическую и обратно.
8.3.2. Время движения маятника измеряется с помощью электронного секундомера, соединенного с фотодатчиком. Мы нажимаем кнопку «Пуск» на установке и маятник начинает движение, запускается секундомер. Когда маятник доходит до нижней точки, срабатывает фотодатчик и секундомер останавливается. Это измерение производится с точностью до тысячной доли секунды.
8.3.3. Положение центра масс совпадает с положением центра тяжести. По законам статики:
или 
8.3.4. 
.
8.3.5. Эта запись означает, что разность |
-
| меньше или равна погрешности этой разности (
).
8.4.1. 
, где r- радиус вектор произвольной точки тела.
Ответы на защиту лабораторной работы № 15.
15.1.1.
Теплоёмкость тела- физическая величина, численно равная отношению теплоты 
, сообщаемой телу, к изменению 
температуры тела в рассматриваемом термодинамическом процессе:
.
Теплоемкость тела зависит от его химического состава, массы тела и его термодинамического состояния, а также от вида процесса изменения состояния тела, в котором поступает теплота .
Молярной теплоемкостью вещества называется физическая величина 
, численно равная теплоте, которую нужно сообщить одному молю вещества для изменения его температуры на 1 К в рассматриваемом термодинамическом процессе.
.
(где – 
молярная масса вещества, 
-его удельная теплоемкость в том же процессе).
Удельная теплоемкость вещества- величина, характеризующая тепловые свойства однородных тел.
.
Иными словами, теплоемкость однородного тела равна произведению массы 
тела на удельную теплоемкость его вещества:
.
15.1.2.
Идеальным газом называется газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом на расстоянии и имеют исчезающе малые размеры. Соударения молекул идеального газа со стенками является абсолютно упругим.
1) 
2) 
3) Абсолютно упругий удар.
Уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клайперона).
, (где 
).
15.1.3.
Адиабатическим называется термодинамический процесс, в котором система не обменивается теплотой с внешней средой. (
). Это равенство говорит о том, что в целом за весь процесс алгебраическая сумма теплот, подведенных к системе и отведенных от нее, равна нулю. Практически адиабатический процесс осуществляется при достаточно быстром расширении или сжатии газа.
15.1.4.
Уравнение Пуассона для адиабатного процесса:
,
или
Для адиабатного перехода из первого состояния во второе справедливо уравнение Пуассона:
Выражение для коэффициента Пуассона через молярные теплоёмкости при постоянном объёме и постоянном давлении:
, где 
(
-коэффициент Пуассона).
15.1.5. Теоретически коэффициент Пуассона определяется по формуле 
.
Значит, подставляя соответствующие значения 
для одно-, двух- и многоатомных газов получаем:
Для одноатомных газов: =3. 
Для двухатомных газов: =5. 
Для многоатомных газов - =6. 
15.1.6.
Степень свободы (молекулы идеального газа)- число , равное числу координат, необходимых для определения местоположения молекулы в пространстве.
Для одноатомной молекулы- =3.
Для двухатомной молекулы =3+2=5.
Для многоатомной молекулы- =3+3=6.
15.1.7.
Внутренняя энергия- энергия 
, зависящая только от внутреннего состояния системы. Внутренняя энергия системы включает в себя энергию всевозможных видов движения и взаимодействия всех частиц (молекул, атомов, ионов и т.д), образующих рассматриваемую систему.
Если в результате какого-либо процесса система возвращается в исходное состояние, то полное изменение внутренней энергии равно нулю.
Полная энергия системы включает:
-
Кинетическую энергию
![]()
механического движения системы как целого или ее макроскопических частей. -
Потенциальную энергию
![]()
системы во внешнем поле (гравитационном или электромагнитном) -
Внутреннюю энергию
![]()
, зависящую только от внутреннего состояния системы.
(
).
15.1.8.
Количество теплоты- мера изменения внутренней энергии в процессе теплообмена (
).
Также количество теплоты- энегрия, передаваемая системе внешними телами путем теплообмена.
(так как
).
Теплота плавления- 
. (
-удельная теплота плавления)
Теплота кипения- 
(
-удельная теплота парообразования).
Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива: 
(
-теплотворность топлива или удельная теплота сгорания топлива).
15.1.9.
В идеальном газе пренебрегают силами межмолекулярного взаимодействия на расстоянии. Соответственно внутреннюю энергию идеального газа можно считать равной сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул.
Внутренняя энергия идеального газа представляет собой только кинетическую энергию теплового движения молекул и непосредственно не зависит от объема, занимаемого данной массой газа. При расширении или сжатии идеального газа его внутренняя энергия будет изменяться только за счет происходящего при этом изменения температуры.
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его массы, химического состава и температуры.
15.1.10.
I начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил:
1) Изотермический процесс: (
). 
2) Изобарический процесс: (
).
3) Изохорический процесс: (
). 
4) Адиабатический процесс: (
)
1) 2) 3) 4)
15.1.11.
Обратимый процесс- такой процесс, совершаемый термодинамической системой, если после него можно возвратить систему и все взаимодействовавшие с ней тела в их начальные состояния таким образом, чтобы в других телах не возникло никаких остаточных изменений.
В термодинамике доказывается, что необходимое условие обратимости термодинамического процесса- его равновесность.
Пример обратимого процесса- незатухающие колебания пружинного маятника в вакууме.
15.2.1.
Уравнение Пуассона в координатах 
:
=const
Уравнение Пуассона в координатах 
:
=const
15.2.2.
Молярные теплоемкости 
и
для идеального газа легко найти из уравнения 
, если учесть, что 
, а 
. Таким образом, 
, 
. Из этого следует, что молярные теплоемкости идеального газа зависят от числа степеней свободы его молекул. (А 
-внутренняя энергия, линейно зависит от термодинамической температуры Т газа и от числа степеней свободы его молекул)
15.2.3.
=
. (уравнение Майера) Физический смысл уравнения Майера заключается в том, что при изобарном нагревании газа к нему должна быть подведена большая теплота, чем для такого же изохорного нагревания. Разность теплот должна быть равна работе, совершенной газом при изобарном расширении.
Поэтому теплоемкость газа при постоянном объеме меньше теплоемкости при постоянном давлении. (
).
15.2.4. Как удельная теплоёмкость связана с молярной теплоёмкостью?
, 
.
.
15.2.5.
Изотермический процесс расширения или сжатия газа может происходить в условиях, когда теплообмен между газом и внешней средой осуществляется при постоянной разности температур. Для этого теплоемкость внешней среды должна быть достаточно велика и процесс расширения (или сжатия) должен происходить весьма медленно. Изотермическими являются процессы кипения, конденсации, плавления и кристаллизации химически чистых веществ, происходящие при постоянном внешнем давлении.
Адиабатный процесс- термодинамический процесс, в котором система не обменивается теплотой с окружающей средой. Из этого определения следует, что в адиабатном процессе . Следует отметить, что условие отсутствия теплообмена нельзя формулировать в виде 
. Это равенство говорит лишь о том, что в целом за весь процесс алгебраическая сумма теплот, подведенных к системе и отведенных от нее, равна нулю. Условие вовсе не исключает теплообмена между системой и внешней средой на отдельных участках рассматриваемого процесса. Практически адиабатный процесс осуществляется при достаточно быстром расширении или сжатии газа.
15.2.6.
1) Адиабатический процесс идеального газа:
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
