| 1 | Реферат 24 августа 2011 |
| 2 | Реферат 09 июня 2013 |
| 3 | Реферат 22 октября 2003 |
| 4 | Реферат 22 апреля 2003 |
| 5 | Реферат 25 августа 2009 |
| 6 | Реферат 25 августа 2009 |
| 7 | Реферат 12 апреля 2003 |
| 8 | Реферат 06 октября 2009 |
| 9 | Реферат 24 августа 2011 |
| 10 | Реферат 04 сентября 2009 |
| 11 | Реферат 25 августа 2009 |
| 12 | Реферат 03 сентября 2011 |
| 13 | Реферат 24 августа 2011 |
| 14 | Реферат 25 августа 2009 |
| 15 | Реферат 25 августа 2009 |
| 16 | Реферат 16 июля 2007 |
| 17 | Реферат 04 сентября 2009 |
| 18 | Реферат 25 августа 2009 |
| 19 | Реферат 21 ноября 2006 |
| 20 | Реферат |
| 21 | Реферат 04 сентября 2009 |
| 22 | Реферат 25 августа 2009 |
| 23 | Реферат 25 августа 2009 |
| 24 | Реферат 11 декабря 2007 |
| 25 | Реферат 04 июля 2009 |
| 26 | Реферат 24 августа 2011 |
| 27 | Реферат 25 августа 2009 |
| 28 | Реферат 19 мая 2007 |
| 29 | Реферат 24 августа 2011 |
| 30 | Реферат 04 сентября 2009 |
| 31 | Реферат 04 сентября 2009 |
| 32 | Реферат 24 августа 2011 |
| 33 | Реферат |
| 34 | Реферат 14 июня 2006 |
| 35 | Реферат 24 августа 2011 |
| 36 | Реферат 25 августа 2009 |
| 37 | Реферат 23 января 2002 |
| 38 | Реферат 24 августа 2011 |
| 39 | Реферат 25 августа 2009 |
| 40 | Реферат 03 июня 2013 |
| 41 | Реферат 22 января 2007 |
| 42 | Реферат 03 сентября 2011 |
| 43 | Реферат 25 августа 2009 |
| 44 | Реферат 02 февраля 2002 |
| 45 | Реферат 25 августа 2009 |
| 46 | Реферат 24 мая 2004 |
| 47 | Реферат 06 апреля 2008 |
| 48 | Реферат |
| 49 | Реферат 04 мая 2002 |
| 50 | Реферат 25 августа 2009 |
| 51 | Реферат 24 августа 2011 |
| 52 | Реферат 03 сентября 2011 |
| 53 | Реферат 03 сентября 2011 |
| 54 | Реферат 22 июня 2006 |
| 55 | Реферат 24 августа 2011 |
| 56 | Реферат 02 мая 2003 |
| 57 | Реферат |
| 58 | Реферат 23 января 2007 |
| 59 | Реферат 04 мая 2002 |
| 60 | Реферат 24 августа 2011 |
| 61 | Реферат 05 сентября 2009 |
| 62 | Реферат 26 августа 2009 |
| 63 | Реферат 24 августа 2011 |
| 64 | |
| 65 | Реферат 26 августа 2009 |
| 66 | Реферат |
| 67 | Реферат 31 октября 2005 |
| 68 | Реферат 20 апреля 2003 |
| 69 | Реферат 02 февраля 2002 |
| 70 | Реферат 26 августа 2009 |
| 71 | Реферат 26 августа 2009 |
| 72 | Реферат 04 мая 2002 |
| 73 | Реферат 22 июня 2006 |
| 74 | Реферат 19 декабря 1998 |
| 75 | Реферат 24 августа 2011 |
| 76 | Реферат 26 августа 2009 |
| 77 | Реферат 22 января 2007 |
| 78 | Реферат 26 августа 2009 |
| 79 | Реферат 15 июня 2011 |
| 80 | Реферат 24 апреля 2002 |
| 81 | Реферат 24 апреля 2002 |
| 82 | Реферат 27 августа 2011 |
| 83 | Реферат 07 июня 2009 |
| 84 | Реферат 03 февраля 2010 |
| 85 | Реферат 02 февраля 2002 |
| 86 | Реферат 06 сентября 2011 |
| 87 | Реферат 27 августа 2011 |
| 88 | Реферат |
| 89 | Реферат 06 сентября 2011 |
| 90 | Реферат 26 августа 2009 |
| 91 | Реферат 27 августа 2011 |
| 92 | Реферат 10 июля 2009 |
| 93 | Реферат 05 сентября 2009 |
| 94 | Реферат 07 июня 2009 |
| 95 | Реферат 26 августа 2009 |
| 96 | Реферат 08 сентября 2009 |
| 97 | Реферат 19 июня 2010 |
| 98 | Реферат 08 сентября 2009 |
| 99 | Реферат 27 августа 2011 |
| 100 | Реферат 08 сентября 2009 |
referatbank.ru
Реферат з фізики Резонанс. Використання резонансу в техніці і подолання його. Явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань у випадку, коли частота зміни зовнішньої сили, яка діє на систему, збігається з частотою вільних коливань, називається резонансом (від латинського слова reѕonanѕ — той, що відгукується), а відповідна частота – резонансною частотою. (мал. 1) Будь-яке пружне тіло: міст, станина машини, її вал, корпус корабля чи крила літака є коливальною системою і характеризується власними частотами коливань. Робота багатьох машин, механізмів, верстатів, будинків та інших споруд супроводжується виникненням сил, які періодично змінюються і за напрямом, і за значенням. Так, у поршневих машинах, до яких належать двигуни внутрішнього згоряння і парові машини, внаслідок зворотно-поступального руху деяких частин (наприклад, поршня), вихлопу газу чи пари виникають періодично збуджуючі сили. Ротори турбін, вали машин тощо практично неможливо центрувати абсолютно точно. Тому під час обертання ротора чи вала на нього діє не зрівноважена періодична сила, збуджуючи коливання. Якщо частота змін напряму сили збігається з власною частотою вільних коливань машини, то амплітуда коливань машини може зрости настільки, що це призведе до її руйнування, хоча напруження в матеріалі і не перевищує межі міцності при статичних навантаженнях. Річ у тім, що залізо, сталь та інші матеріали у випадку змінних навантажень швидше чи повільніше втрачають міцність, після чого раптово руйнуються. Вимушені коливання може здійснювати не лише машина в цілому, а й, що небезпечніше, окремі її частини: диски й лопатки турбін, крила й оперення літаків, колінчасті вали двигунів, лопасті гвинтів пароплавів тощо. подібні коливання, якщо не вжити запобіжних заходів, внаслідок виникнення резонансу можуть стати причиною розладу роботи механізму, його руйнування, а іноді й небезпечних аварій. Статистика свідчить, що близько 80 % руйнувань і аварій у машинобудуванні наслідком неприпустимих резонансних коливань. Тому інженери прагнуть так конструювати ту чи іншу установку, машину або споруду, щоб не виникало різких резонансних явищ ні в установці чи машині, ні в її окремих частинах. Шкідливі прояви резонансу доводиться долати підчас обробки металів різанням. За певних режимів різання на металорізальних верстатах збуджуються коливання інструменту й оброблюваної деталі, що є шкідливим для верстатів, і для оброблюваних виробів. Якщо не усунути причину виникнення цих коливань, то погіршується якість обробки деталей, точність виготовлення виробів, швидше зношується верстат тощо. У будівельній справі також багато уваги приділяють запобіганню виникнення резонансу. Будівлі, в яких встановлені швидкохідні машини, двигуни й верстати, фундаменти й перекриття їх, повинні бути споруджені так, щоб виключити можливість збудження коливань із частотою, яка дорівнює або близька до частоти коливань машини. Надзвичайно важливим є запобігання виникнення резонансу під час конструювання й експлуатації всіх видів сучасного транспорту. Так,. наприклад, власна частота коливань корпусу теплохода чи крил літака має суттєво відрізнятися від частоти коливань, які можуть бути збуджені обертанням колеса турбіни, гребного гвинта чи пропелера. Відомі випадки, коли доводилося перебудовувати гігантські океанські лайнери лише тому, що частота власних коливань корпусу корабля збігалася з частотою змін змушуючої сили, що виникала під час роботи двигунів. Існують два основні методи запобігання резонансу: а) забезпечення такого режиму роботи системи, в якому частота змушуючої сили і власна частота коливань системи істотно відрізняються за значенням. Скажімо, швидкість обертання сучасних парових турбін значно перевищує так звану критичну швидкість, яка відповідає резонансу; б) збільшення затухання коливань системи. Для цього збільшують тертя в системі, застосовують спеціальні загасники коливань, або демпфери. Зрозуміло, що явище резонансу має і корисне застосування, коли необхідно дістати в системі якомога більші коливання (у музичних інструментах, гучномовцях тощо). Людське вухо сприймає звуки внаслідок резонансу коливань у вушній раковині. Особливо широкого явище резонансу використовується в радіотехніці для підсилення коливань. Резонанс дає можливість відокремити сигнали даної радіостанції від сигналів інших одночасно працюючих радіостанція. З цими застосуваннями резонансу ви ознайомитеся пізніше. Явище резонансу використовується в будові ч а с т от о м і р і в — приладів для вимірювання частоти змінного струму, а також для вимірювання частоти механічних коливань системи. Частотомір складається з набору «язичків» — пружних пластинок, прикріплених гвинтами До спільної планки (мал. 2 ). Кожна пластинка має певну власну частоту коливань, яка залежить від її пружних властивостей, довжини й маси. Пружини добираються так, щоб їх власні частоти утворювали ряд цілих чисел. До спільної планки прикріплюється також якір, розміщений над полюсом електромагніту. Якщо по обмотці електромагніту пропускати змінний струм, то якір почне коливатися і спричинить тим самим коливання прикріплених пластинок. І лише та пластинка, власна частота коливань якої збігається з частотою коливань планки (настроєна в резонанс), матиме більшу амплітуду коливань. Це і дає можливість визначити частоту змінного струму. Цей самий прилад може бути використаний і для вимірювання частоти механічних коливань машини чи механізму. Для цього слід прикріпити планку частотоміра. До тієї частини машини, коливання якої треба дослідити. Пластинка, частота власних коливань якої найближча до частоти коливань машини, потрапить у резонанс, і в пластинці виникнуть значні коливання, які легко помітити. До явища резонансу вдаються водії й пасажири транспорту, який загруз у снігу чи на мокрій ґрунтовій дорозі. Щоразу коли не очікується швидке прибуття рятівних засобів, вони, розгойдуючи машину, прагнуть прикладати зусилля в такт з власною частотою коливань машини за даних умов, тобто прагнуть ввести коливання машини в резонанс, оскільки амплітуда коливань при цьому буде максимальною. В більшості випадків це приносить успіх і подорож продовжується. |
rushkolnik.ru
Реферат з фізики на тему: Теплові двигуни.Двигун внутрішнього згоряння. Екологічні проблеми.Використання теплових машин.
План
1.Значення теплових двигунів. Теплові двигуни й охорона навколишнього середовища.
· Значення теплових двигунів.
· Теплові двигуни й охорона природи.
2. Принцип дії теплових двигунів.
3.Деякі теплові машини
· Двигун внутрішнього згоряння(ДВЗ).
4.Джерела.
1.Значення теплових двигунів. Теплові двигуни й охорона навколишнього середовища.
· Значення теплових двигунів. Найбільше значення має використання теплових двигунів(в основному потужніх парових турбін)на теплових електростанціях,де вони приводять у рух ротори генераторів електричного струму. Понад 80% усієї електроенергії в нашій країні виробляється на теплових електростанціях.
Теплові двигуни(парові турбіни)встановлюють також на атомних електростанціях. На цих станціях для добування пари високої температури використовується енергія атомних ядер. І на всіх основних видах сучасного транспорту переважно використовується теплові двигуни.
На автомобільному транспорті застосовують поршневі двигуни внутрішнього згоряння із зовнішнім утворенням пальної суміші (карбюраторні двигуни) та двигуни з утворенням пальної суміші безпосередньо всередині циліндрів(дизелі). Ці двигуни встановлюють також на тракторах,незамінних у сільському господарстві.
На залізничному транспорті до середини XX ст. Основним двигуном була парова машина. А тепер в основному використовують тепловози з дизельними установками й електровози. Але й електровози,зрештою,дістають енергію переважно від теплових двигунів електростанцій.
На водному транспорті використовують і двигуни внутрішнього згоряння,і потужні парові турбіни для великих судин.
В авіації на легких літаках установлюють поршневі двигуни,а на величезних лайнерах-турбореактивні й реактивні двигуни,які також належать до теплових двигунів. Реактивні двигуни встановлюють і на космічних ракетах.
· Теплові двигуни й охорона природи. Повсюдне застосування теплових двигунів для добування зручної у використанні енергії негативно впливає на навколишнє середовище.
За законами термодинаміки електричну й механічну енергію у принципі неможливо виробляти без відведення в навколишнє середовище значної кількості теплоти. Це не може не призводити до поступового підвищення середньої температури на Землі. Тепер споживана потужність двигунів становить приблизно 1010кВт. Коли ця потужність досягне 3*1012 кВт, то середня температура підвищиться приблизно на один градус. Дальше підвищення температури може створити загрозу танення льодовиків і катастрофічного підвищення рівня Світового океану.
Крім того, температура на Землі може загрозливо підвищитися внаслідок збільшення в атмосфері кількості вуглекислого газу (СО2), який виділяється в процесі згорання палива у великих масштабах. Вуглекислий газ в атмосфері поряд з водяною парою призводить до виникнення « парникового ефекту». Атмосфера в малій кількості поглинає видиме сонячне проміння, яке нагріває поверхню Землі. Нагріта поверхня Землі в свою чергу випромінює невидиме (теплове) проміння, яке поглинається в основному атмосферним вуглекислим газом. При ясній погоді лише 10-20% сонячного проміння, що падає на Землю, повертається в космос. Температура на поверхні Землі внаслідок «парникового ефекту» приблизно на 350С вища за ту,яка була б без нього. Збільшення концентрації СО2 призведе до ще більшого поглинання теплового проміння з поверхні Землі. Це спричинеть підвищення температури Землі.
Об’ємна концентрація вуглекичлого газу в атмосфері становить 0,0314% від усіх газів атмосфери. Є серйозні підстави побоюватися,що навіть незначне збільшення цієї концентрації здатне різко порушити тепловий баланс Землі. А вже тепер кожного року в атмосферу викидається близько 5млрд.т CO2.
Але цим далеко не вичерпуються негативні наслідки використання теплових двигунів. Топки теплових електростанцій,двигуни внутрішнього згоряння автомобілів безперервно викидають в атмосферу шкідливі для рослин,тварин і людей речовини:сірчисті сполуки (під час згоряння кам’яного вугілля),оксиди азоту,вуглеводні,оксиди вуглецю(ІІ)СО тощо. Особливу небезпеку щодо цього становлять автомобілі,кількість яких загрозливо зростає,а очищення відпрацьованих газів становить складний процес. На атомних електростанціях постає проблема захворювання небезпечних радіоактивних відходів.
Крім того,застосування парових турбін на електростанціях потребує відведення великих площ під ставки,в яких охолоджується відпрацьована пара. Із збільшенням потужностей електростанцій різко зростає потреба у воді. У 1980 р. в нашій країні вона становила близько 200 км3 води,35% водопостачання всіх галузей господарства.
Усе це ставить ряд серйозних проблем перед суспільством. Поряд з дуже важливим завданням підвищення ККД теплових двигунів вживаються заходи щодо охорони навколишнього середовища. Необхідно підвищувати ефективність споруд,які запобігають викиданню в атмосферу шкільнивих речовин,добиватися якомога повнішого згоряння палива в автомобільних двигунах. Уже тепер не допускаються до експлуатації автомобілі з підвищеним вмістом СО у відпрацьованих газах. Обговорюється можливість створення електромобілів,здатних конкурувати із звичайними,та можливість використання пального без шкідливих речовин у відпрацьованих газах,наприклад у двигунах,що працюють на суміші водню з киснем.
Доцільно для економії площі й водних ресурсів споруджувати комплекси електростанцій,насамперед атомних,із зімкнутим циклом водопостачання.
Інший напрям зусиль-це підвищення ефективності використання енергії,боротьба за її економію.
Розв’язання проблем,розглянутих вище,має життєво важливе значення для людства. Організація охорони навколишнього середовища вимагає зусиль у маштабі земної кулі.
Основні типии теплових двигунів-парові турбіни,двигуни внутрішнього згоряння і реактивні двигуни. Всі вони під час роботи виділяють велику кількість теплоти і викидають в атмосферу шкідливі для рослин і тварин хімічні сполуки. Це ставить серйозні проблеми охорони навколишнього середовища.
2. Принцип дії теплових двигунів.
Внаслідок виконання над газом роботи або передачі йому певної кількості теплоти можна збільшити його внутрішню енергію і, напавки,за рахунок внутрішньої енергії газу може бути виконана механічна робота. Внутрішня енергія є одним з найдешевших видів енергії. Її дістають,спалюючи різні види палива,використовуючи енергію сонячних променів тощо. Разом з тим,на виробництві,транспорті,для роботи різних механізмів неоюхідна механічна енергія. Тому перетворення внутрішньої енергії в механічну є надзвичайно важливим для практичної діяльності людей. Здійснюється таке перетворення за допомогою теплових машин.
Як робоче тіло використовується газ(пара).Під час розширення газу в циліндрі з рухомим поршнем виконується робота і внутрішне енергія газу(головним чином кінетична енергія молекул) частково перетворюється в механічну енергію поршня. Газ може розширятися ізотермічно чи адіабатично. Щою при ізотермічному розширенні температура залишалася сталою,газові необхідно передавати кількість теплоти, що дорівнює її зміні внутрішньої енергії при розширенні і виконаній поршнем роботі. Під час адіабатичного розширення виконана рухомим поршнем робота дорівнює зменшенню внутрішньої енергії газу.
Циліндр має обмежені розміри, тому за один хід поршня можна перетворити в механічну енергію обмежену кількість теплоти. Щоб газ міг виконувати роботу і далі, його слід повернути у початковий стан з більшою внутрішньою енергію. Таку сукупність змін стану газу називають круговим процесом або циклом.
З яких змін стану можна дістати цикл?Очевидно, якщо здійснити спочатку розширення газу при деякому процесі,а потім стискання при цьому ж процесі,то в данному випадку не буде виконана корисна робота,оскільки додатна робота розширення газу дорівнюватиме від’ємній роботі стискання. Для одержання в результаті здійснення циклу корисної роботи необхідно розширити газу вести при високому тиску і температурі, а стискання при нижчому тиску й температурі. Французький фізик Саді Карно у 1824 році показав, що найбільш вигідним є цикл з двох процесів-ізотермічного й адіабатичного.
Нехай ідеальний газ міститься в закритому циліндрі з поршнем у початковому стані з об’ємом V1 і під тиском P1. Поставимо цилідр на нагрівгик,температура якого T1 підтримується сталою. При ізотермічному (дуже повільному) розширенні газу до об’єму V2 і тиску P2 він виконує роботу A1 за рахунок кількості теплоти Q1. На графіку в системі координат P,V процес зображується ізотермою 1-2.
Припустимо,що ми теплоізоллювали циліндр і надали газу можливість розширятися адіабатно від стану з об’ємом V2 і тиском P2 до стану з об’ємом V3 і тиском P3.Газ виконує додатну роботу розширення A2 за рахунок внутрішньої енергії,тоді температура його знижується від T1 до T2. Цьому процесову відповідає адіабата 2-3.
Далі приведемо циліндр у контакт з холодильником,температура якого T2 підтримується сталою. Стискатимемо газ ізотермічно від стану з об’ємом V3 і тиском P4 .Стан V4,P4 добираємо так,щоб подальше адіабатне стискання придосягненні температури T1 привело газ до об’єму V1 інакше цикл не замкнеться.) Зовнішні сили виконують у даному випадку від’ємну роботу по стисканню газу-A3і,щоб температура газу не змінилася,він має віддати холодильнику еквівалентну кількість теплоти:Q2=A3 ізотерма 3-4.
Нарешті,знову тепло ізолюємо циліндрі адіабатним стисканням повернемо газ у початковий стан). на графікуцьому процесу відповідає адіабата 4-1. При стисканні газу відбувається збільшення його внутрішньої енергії і підвищення температури до T1.
В результаті здійснено один цикл роботи ідеальної теплової машини,який складається з двох ізотермічних і двох адіабатних процесів. Він дістав назву цикл Карно. При розширеннях робоче тіло виконує роботу,а при стисканнях роботу над ним виконують зовнішні сили. В результаті кожного циклу робоче тіло повертається до початкового стану.
З графіка видно,що в результаті даного циклу робоче тіло виконує корисну роботу,яка чисельно дорівнює площі,описаній циклом,тобто площі 12341. Справді робота розширення газу чисельно дорівнює площі 123V3V11,а робота стискання газу чисельно дорівнює площі 143V3V11. Різниця цих робіт якраз і дорівнює площі,обмежиній циклом.
Закон збереження й перетворення енергії для циклу Карно полягає в тому,що енергія,одержана робочим тілом від навколишнього середовища,дорівнює енергії,переданій
ним цьому ж сердовищу.Зовнішнім середовищем передана кількість теплоти Q1 при розширенні робочого тіла і виконана робота A3+A4 при стисканні(мал.110). Робоче тіло здійснює роботу A1+A2 при розширенні і передає кількість теплоти Q2 при стисканні. Отже,Q1+A3+A4=Q2+A1+A2,або,враховуючи,що A2=A4,
A1-A3=Q1-Q2 .
Різниця A1-A3 є корисною роботою, виконаною робочим тілом у даному циклічному процесі. Вона дорівнює різниці кількостей теплоти,підведеної при розширенні газу і відведеної при стисканні.
Для характеристики ефективності циклу,а отже і теплової машини,яка перетворює внутрішню енергію в механічну,вводиться коефіцієнт корисної дії (ККД) циклу або машини. Він дорівнює відношенню роботи A1-A3, фактично використаної в даному циклі,до роботи A1, яку можна було б дістати при повному перетворенні в неї всієї кількості теплоти Q1,південої до газу:
ŋ=A1-A3/A1
ŋ=Q1-Q2/Q1=1-Q2-Q1.
Утермодинаміці доводиться,що при ідеальному процесі перетворення внутрішньої енергії в механічну і за відсутності теплових втрат найвищий тепловий ККД був би
ŋ max=T1-T2/T1
де T1- максимальна температура робочого тіла(газу,пари),T2- мінімальна температура,при якій робоче тіло віддає частину внутрішньої енергії холодильнику. Оскільки T2- температура холодильника або відпрацьованих продуктів горіння-не може дорівнювати абсолютному нулю,то максимальний тепловий ККД машини не може дорівнювати 1.
З(46.4) випливає,що для збільшення ККД теплових машин необхідно прагнути до підвищення температури нагрівника і до зниження холодильника. Тому в сучасній техніці використовують пару високих параметрів(температури і тиску)або,що значно вигідніше,застосовують газові двигуни внутрішнього згоряння і газові турбіни,в яких можуть бути досягнуті ще вищі температури.
Максимальна температура нагрівника T1 навіть теоретично не може перевищувати температуру плавлення матеріалів,з яких виготовлено двигун. Тому збільшувати ККД двигуна за рахунок підвищення T1 можна лише в певних межах. На жаль,небагато можна досягти і за рахунок зниження температури холодильника T2,оскільки практично не має сенсу братии температури T2 нижчою за температуру навколишнього повітря. Тому для підвищення ККД прагнуть підвищити жаростійкість і жароміцність матеріалів для виготовлення двигунів.
Крім температури нагрівника й холодильника істотну роль у підвищенні ККД теплової машини відіграють й інші фактории,наприклад,зниження втрат енергії на подолання тертя в деталях машин,зменшення теплопередачі навколишньому повітрю тощо. Тому ККД теплової машини залежить і від її конструкції та характеру процесів,які відбуваються під час її роботи.
У таблиці 7 вказано кілька типів теплових машин,їх ККД і найближені значення температур,які можна прийняти за температуру нагрівника і холодильника. З таблиці видно,що ККД реальних машин значно нижчий за максимально можливі його значення.
Описаний принцип дії теплової машини передає,зрозуміло,лише найістотніші з погляду фізики риси кожного теплового двигуна,а сааме:робочим тілом в них служить газ або пара,холодильником-навколишнє середовище, нагрівником у двигунах внутрішнього згоряння-пальне,а в парових двигунах-паровий котел.
Ті ж три частини є необхідним і для холодильної машини,в якій цикл проходить у зворотному напрямі. В ній розширення робочого тіла відбувається під час контакту з холодильником. Цим холоднее тіло охолоджується ще сильніше. Далі,щоб цикл став можливим,робоче тіло стискається і йому передається певна кількість теплоти від холодильника. Це виконується при контакті робочого тіла з нагрівником,який,таким чином,нагрівається ще сильніше.
3.Деякі теплові машини
Зрозуміло,що ідеальний цикл Карно не можна здійснити з багатьох причин:не існує ідеального газу; ізотермічний процесс має проходити нескінченно повільно тощо. Однак форму реальних циклів корисно робити схожою на цикл Карно; для підвищення ККД реальних машин слід збільшувати різницю температур нагрівника і холодильника та по можливості знижувати температуру останнього.
Розглянемо роботу найбільш поширених теплових машин.
· Двигун внутрішнього згоряння(ДВЗ).Чотиритактний ДВЗ складається з одного чи кількох циліндрів.У середині кожного циліндра рухається поршень,з’єднаний з кривошипно-шатунним механізмом,на колінчастий вал якого насаджено маховик. Розподілювальний пристрій у відповідні моменти відкриває і закриває клапани-впускний 1,кріз який в циліндр засмоктується пальне,і випускний2,з’яднаний з атмосферою. Для запалювання пального на електроди свічки С,встановленої вциліндр,подається висока напруга,і між ними проскакує іскра.
Нагадуємо принцип роботи чотиритактного двигуна. В першому такті під час руху поршеня вниз відбувається всмоктування крізь відкриий впускний клапан пального,випускний клапан закритий. При зворотному русі поршень у другому такті стискає(обидва клапани закриті) пальне,яке при цьому нагрівається. Коли поршень піднімається майже до крайнього верхнього положення,стиснуте пальне підпалюється електричною іскрою. Розжарені гази-продукти згоряння пального-тиск на поршень і штовхаючи його вниз. Рух поршня передається шітуну,а через нього колінчастому валу з маховиком,і поршень виконує корисну роботу. Діставши сильний поштовх,маховик продовжує обертання за інерцією і переміщає з’єднаний з ним поршень при наступних тактах. Таким чином,цей (третій) такт є єдиним робочим тактом з чотирьох. До моменту досягнення поршнем крайнього нижнього положення гази сильно охолоджуються при розширенні і тиск у циліндрі падає до (2-3)*105Па. Обидва клапани протягом третього такту закриті. Нарешті,в четвертому такті поршень повертається в крайнє верхнє положення,виштовхуючи відпрацьовані гази через випускний клапан,який в цей час відкривається(випускний клапан закритий). Графік(P.V-діаграма)зміни стану газу в циліндрі двигуна. Перший такт 1-2-відкрито впускний клапан,йде засмоктування пального. Другий такт 2-3- обидва клапани закриті,поршень стискає пальне-стискання. В кінці стискання за допомогою електричної іскри запалюється пальне,відбувається вибух-тиск стрибком 3-4 підвищується і починається третій такт 4-5-робочий хід(клапани,як і раніше,закриті).В кінці його (точка 5)відкривається випускний клапан,тиск різко зменшується і під тиском,трохи більшим за атмосферний, відпрацьовані гази виштовхуються в навколишнє середовище,відбувається четвертий такт 6-7-вихлоп. Цикл завершено,закривається випускний клапан,відкривається впускний,і починається новий цикл. Корисна робота за один цикл приблизно дорівнює площі фігури 2-3-4-5-6-2.
Мала масса,компактність,порівняно високий ККД(температура в цилідрі при згорянні палива досягає 1200°С,отже,теоретичний ККД дорівноє ŋ=(Т1-Т2)/Т1=1200/1500=0,8,або 80%;практично ККД цього двигуна близько 30%) зумовили широке поширення таких двигунів.
ДВЗ цього типу будуються потужністю від 0,4 до 440кВт. Однак вони не позбавлені істотних недоліків:працюють на дорогому високоякісному пальному,складні за конструкцією,мають дуже велику швидкість обертання вала двигуна,вихлопні гази забруднюють атмосферу тощо.
Більш екологічним є чотиритактний д и з е л ь н и й д в и г у н в н у т р і ш н ь о г о з г о р я н н я. Він працює на дешевих сортах рідкого пального і позбавлений більшості вказаних вище недоліків. Працює він так. При ході поршня вниз через впускний клапан у робочий циліндр засмоктується не пальне,а атмосферне повітря. На P,V діаграмі (мал.113) цей такт зображається ізобарою 1-2. При подальшому обертанні маховика поршень при зворотному русі вгору адіабатно стискає повітря в циліндрі (впускний клапан закритий) до тиску =1,2*106 Па,що веде до підвищення його температури в кінці цього такта (2-3) до 500-700°С. У стиснуте й розжарене повітря вприскується за допомогою паливного насоса і форсунки дизельне пальне; воно загоряється і горить значно довше за бензин. Утворені при цьому гази тиснуть на поршень і виконують корисну роботу під час всього поршня вниз. Тиск газу при розширенні підтримується приблизно сталим (ізобара 3-4). Після закінчення горіння вприснутої порції пального відбувається розширення газу(адіабата 4-5),і,нарешті,відкривається випускний клапан. Тиск падає по ізохорі 5-6. При зворотному русі поршень виштовхує(вихлоп) продукти згоряння в атмосферу (ізобара 6-7),і на цьому цикл завершується. Таким чином,на P,V діаграмі робочий хід зображений ділянкою 3-4-5, а корисна робота за цикл приблизно дорівнює площі фігури 2-3-4-5-6-2. ККД цього двигуна становить близько 40%.
Дизельні двигуни встановлюють на тракторах і автомобілях,річних і морських теплоходах,дизель-електроходах,тепловозах,на електростанціях невеликої потужності.
Джерела
http://adrianalogvun.blogspot.com/
kursak.net
Реферат з фізики на тему: Трансформатори
Реферат з фізики на тему: Трансформатори – сторінка №1/1
Реферат з фізикина тему:
Трансформатори
та їх застосування
Припустимо, ви придбали певний прилад. Продавець вас попередив, що він розрахований на напругу в мережі 220 В. А у вас в будинку напруга у мережі 127 В. Безвихідне становище? Анітрохи. Просто прийдеться зробити додаткову витрату і придбати трансформатор.
Як бачимо, на практиці часто виникає необхідність змінювати напругу, яку дає деякий генератор. В одних випадках бувають потрібні напруги у тисячі чи навіть в сотні тисяч вольт, в інших необхідні напруги у кілька вольт або кілька десятків вольт. Змінити таким чином постійну напругу дуже складно, а між тим змінну напругу можна перетворювати – підвищувати і знижувати – досить просто і майже без втрат енергії. Це є однією з основних причин того, що в техніці переважно користуються змінним, а не постійним струмом. Прилади, за допомогою яких здійснюють перетворення напруги змінного струму, носять назву трансформаторів.
Трансформатор – дуже простий пристрій, що дозволяє як підвищувати, так і знижувати напругу. Кожен трансформатор складається з залізного осердя, на якому розміщені дві обмотки (котушки). Число витків у котушках різне. Обмотки мають незначний опір і велику індуктивність.
Підключимо до однієї з котушок напругу з мережі. За допомогою вольтметра ми переконаємося в тому, що на кінцях іншої обмотки з’явиться напруга, що відрізняється від мережної. Обмотка, до якої підключене джерело енергії, називається первинною, а обмотка, до якої підмикається навантаження, тобто інші прилади, – вторинною. Якщо первинна обмотка має витків, а вторинна , то відношення напруг буде .
Таким чином, трансформатор буде підвищувати напругу, якщо первинна напруга підведена до котушки з меншим числом витків, і знижувати в зворотному випадку.
Чому так виходить? Справа в тім, що весь магнітний потік проходить практично через залізний сердечник. Виходить, обидві котушки пронизані однаковим числом ліній індукції. Трансформатор буде діяти лише у випадку, якщо первинна напруга змінна. Синусоїдальна зміна струму в первинної котушки буде викликати синусоїдальну е. р. с. індукції у вторинній котушці. Виток первинної і виток вторинної котушок знаходяться в однакових умовах. Е. р. с. одного витка первинної котушки дорівнює е. р. с. мережі, поділеної на число витків первинної котушки, тобто на , а е. р. с. вторинної котушки дорівнює добутку значення на число витків . У принципі, кожен трансформатор може бути використаний і як підвищувальний, і як знижуючий – в залежності від того, до якої котушки підключена первинна напруга.
Отже, трансформатор являє собою прилад, що передає енергію із електричного кола первинної обмотки в електричне коло вторинної. Ця передача обов’язково пов’язана з деякими втратами – енергія також йде на нагрівання провідників, на струми Фуко і перемагнічування заліза. Щоб їх зменшити, сердечник виготовляють з тонких листків сталі спеціальних сортів, ізольованих один від одного. Це зроблено для того, щоб не втрачати енергії при перетворенні напруги. Треба сказати, трансформатор належить до числа найдосконаліших перетворювачів енергії. ККД сучасних трансформаторів досягає 98-99% для потужних і близько 95% для менших “перетворювачів”.
Трансформатори невеликих потужностей (десятки ватт) використовуються головним чином в лабораторіях та побуті, вони мають також невеликі розміри. Наприклад, багатьом доводилося мати справу з бобінами автомобіля. Бобіна – це підвищувальний трансформатор. Для створення іскри, що підпалює робочу суміш, потрібна висока напруга, яку ми й одержуємо від акумулятора автомобіля, попередньо перетворивши постійний струм акумулятора в змінний за допомогою переривача. Неважко зміркувати, що з точністю до втрат енергії, що йде на нагрівання трансформатора, при підвищенні напруги зменшується сила струму, і навпаки. Для зварювальних апаратів вимагаються знижуючі трансформатори. Для зварювання потрібні дуже сильні струми, і трансформатор зварювального апарата має усього лише єдиний вихідний виток.
Потужні трансформатори, що перетворюють сотні та тисячі кіловатт – величезні споруди. Звичайно потужні трансформатори вміщують в сталевий бак, заповнений спеціальною олією. Це покращує умови охолодження трансформатора, і, крім того, олія грає важливу роль як ізолююча речовина. Кінці обмоток трансформатора виводяться через прохідні ізолятори, які закріплені на верхній кришці бака. Потужні трансформатори також використовують і при передачі електричної енергії на відстані (підвищувальні та знижуючі підстанції).
В лініях трифазного струму використовуються або звичайні, однофазні трансформатори, які вмикаються в кожну з трьох фаз лінії, або спеціальні трифазні трансформатори, що мають три пари обмоток.
Трансформатор був винайдений у 1876 році в Росії П.М. Яблочковим, який використав його для живлення своїх “свічок”, що потребували різної напруги. А власне розробив і сконструював такий прилад ассистент Московського університету І.П. Усагін. Перший трансформатор він продемонстрував в 1882 році на промисловій виставці в Москві.
nadoest.com
Реферат з фізики
Реферат з фізики.Точкові і просторові групи кристалічних решіток.
1. Кристалографічні точкові групи і просторові групи.
Опишемо результати аналогічного аналізу проведеного для будь яких кристалічних структур, так як для решітки Браве. Візьмемо структури, які отримаються, коли будь який об’єкт піддати трансляціям які утворюють решітку Браве, і попробуємо класифікувати групи симетрії таких структур. Вони залежать як від симетрії об’єкта, так і від симетрії решітки Браве.
Існує 230 різних груп симетрії решіток з базисом – 230 просторових груп (коли накладено умову повної симетрії базису існує тільки 14 просторових груп).
Для Решітки Браве існує 7 точкових груп (7 кристалографічних систем) і 14 просторових груп (Решіток Браве).
Для кристалічних структур (базис довільної симетрії) є 32 кристалографічних точкових груп і 230 просторових груп.
Точкові групи описують операції симетрії, які переводять кристалічну структуру в саму себе і залишають і залишають при цьому нерухомою одну з її точок, тобто не трансляційні елементи симетрії. Кристалічна структура може мати 32 різних точкових груп які можна побудувати з 7 точкових груп решітки Браве, розглядаючи систематично всі можливі способи пониження симетрії об’єктів на фігурах які описуються цими групами.
Побудова дає 25 нових груп. Кожна з них зв’язана з одною з 7 кристалічних систем за наступним правилом: будь яка група, побудована шляхом пониження симетрії об’єкта, який описується деякою кристалічною системою, продовжує належати цій системі доти, доки симетрія не понизиться настільки, щоб усі операції симетрії об’єкта які залишились, можуть бути знайдені також і в менш симетричній кристалічній системі; коли це відбувається, групу симетрії об’єкта відносять до менш симетричної системи. Тому кристалографічна точкова група належить до кристалічної системи, яка має найменшу симетрію з 7 точкових груп решітки Браве, які мають усі операції симетрично даної кристалографічної групи.
Об’єкти з симетрією 5 кристалографічних точкових груп, які відносяться до кубічної системи , мають вигляд(мал. 1):
Кристалографічні точкові групи можуть мати операції симетрії наступного виду:
1. Повороти на кут, кратний 2π ∕ n, кругом деякої осі. Таку вісь називають віссю n-го порядку. Легко показати, що решітки Браве можуть мати тільки осі 2,3,4,6-го порядку. Оскільки кристалографічні точкові групи містяться в точкових групах решіток Браве, вони також можуть мати лише вісь цього порядку.
2. Повороти з віддзеркаленням. Навіть якщо поворот на кут 2π ∕ n не являється елементом симетрії, деколи такий поворот з наступним віддзеркаленням в площині , яка перпендикулярна його осі, може належати групі симетрії. Тоді таку вісь називають дзеркально – поворотна вісь n-го порядку. Наприклад групи S6, S4 мають дзеркально поворотні осі 6-го і 4-го порядку(мал.2).
3.Повороти з інверсією. Деколи поворот на кут 2π ∕ n наступною інверсією відносно точки, яка лежить на осі повороту, виявляється елементом симетрії, хоча сам такий поворот ним не являється.
Тоді таку вісь називають інверсійною віссю n-го порядку. Вісь в групі S4(мал.2) є і інверсійною віссю 4-го порядку. Вісь в групі S6 являється тільки інверсійною віссю 3-го порядку.
4.Відбивання. Віддзеркалення переводить кожну точку в її дзеркальне відображення відносно деякої площини, яка називається дзеркальна.
5.Інверсії. При інверсії є тільки одна нерухома точка. Якщо цю точку взяти за початок відліку, то люба інша точка r переходить в- r.
^
Широко використовується дві системи позначення – міжнародна і запропонована Шенфлісом.
Позначення Шенфліса для не кубічних кристалографічних груп.
Пояснимо ці позначення:
Сn : групи містять тільки осі n-го порядку;
Сnv : крім осей n-го порядку, групи мають дзеркальну площину, яка має вісь обертання плюс таке число додаткових дзеркальних площин, якого потребує існування осі n-го порядку;
Сnh : крім осей n-го порядку, групи мають дзеркальну площину перпендикулярну цій осі;
Sn : групи містять тільки дзеркально – повертаючу вісь n-го порядку;
Dn : крім осей n-го порядку, групи містять вісь 2-го порядку перпендикулярну осі n-го порядку, плюс стільки дадаткових осей 2-го порядку, скільки потребує існування осі n-го порядку.
Dnh : ці групи містять всі елементи групи Dn, „+” дзеркальну площину, перпендикулярну осі n-го порядку;
Dnd : групи містять всі елементи групи Dn, „+” дзеркальні площини які мають вісь n-го порядку і ділять на половину , кути між осями 2-го порядку.
^
Три символи, які використовують в міжнародних позначеннях, співпадають за змістом з позначеннями Шредінгера:
n співпадає з Сn ;
nmm співпадає з Сnv;
Два символи m вказує на існування двох різних типів дзеркальних площин, які містять вісь n-го порядку. Щоб їх представити, треба звернутись до зображення об’єктів, які належать групам 6mm, 4mn і 2mn. Вони показують, що вісь 2j-го порядку переводить вертикальну дзеркальну площину в j дзеркальну площину, но тут автоматично виникає ще j других площин, які ділять на половину кути між суміжними площинами в першому наборі.
Вісь (2j+1)- го порядку, переводить дзеркальну площину в 2j+1 еквівалентних площин, в зв’язку з цим група С3v позначають тільки як 3m.
n22 співпадає з Dn. В цьому випадку справедливі ті ж роздуми, що і для класу nmm, но тепер ми маємо перпендикулярні осі 2-го порядку, а не вертикальні площини.
n/m співпадають з групою Cnh, хоча є така різниця : в міжнародній системі віддають перевагу вважати що групаC3h містить інваріантну вісь 6-го порядку тому її позначають 6. Відмітимо, що група C1h позначають просто як m, а не як 1/m.
n є група з інверсійною віссю n-го порядку. Вона містить також групи S4, яка дуже гарно переходить в 4. Однак S6 перетворюється в 3, а S2 – в 1 через різницю між дзеркально- поворотною віссю і інверсійною.
{ },або коротко n/mmm співпадає з класом Dnh, але має таку відмінність : в міжнародній системі переважає думка, що група D3h містить інверсійну вісь 6-го порядку і позначають цю групу як 62m.
n2m співпадає з Dnd, крім того, що в цьому класі під позначенням 62m входить група D3h. Позначення повинно нагадувати про існування інверсійної осі n-го порядку з перпендикулярної їй віссю 2-го порядку і про наявність вертикальної дзеркальної площини.
^
Міжнародні позначення і позначення Шенфліса для 5-ти кубічних груп приведині на мал.1 . Група Оh є повна група симетрії куба, вклбчаючи не власні операції, які допускаються горизонтальною дзеркальною площиною (h). Група О представляє собою групу куба, яка не містить невласних операцій ; Тd є повна група симетрії правильного тетраїда, виключаючи всі невласні операції; Т-група правильного тетраїда без не власних операцій; Тh отримується, якщо до Т добавити операцію інверсії.
Міжнародні позначення для кубічних груп більш зручні, ніж позначення других кристалографічних точкових груп, оскільки в якості другого символа вони містять цифру 3, яка вказує на наявність в всіх кубічних групах осі обертання 3-го порядку.
^
Для кожної кристалічної системи можна побудувати кристалічну структуру з іншою просторовою групою, поміщаючи об’єкт з симетрією кожної з точкових груп цієї системи в кожну з решіток Браве системи. Таким чином вдається отримати тільки 61 просторову групу як це видно в таб.3.
Перерахунок просторових груп.
| Система | Число точкових груп | Число решіток Браве | Проізвєдєніє |
| Кубічна | 5 | 3 | 15 |
| Тетрагональна | 7 | 2 | 14 |
| Ромбічна | 3 | 4 | 12 |
| Моноклінна | 3 | 2 | 6 |
| Триклинна | 2 | 1 | 2 |
| Гексагональна | 7 | 1 | 7 |
| Тригональна | 5 | 1 | 5 |
| всього | 32 | 14 | 61 |
Інші 7 груп виникають в тих випадках, коли об’єкт з симетрією даної точкової групи може бути орієнтований в решітці Браве кількома способами, через що появляється декілька просторових груп. Всі такі 73 просторові групи називаються симорфними.
Більшість просторових груп не симорфні і містять операції, які не можуть бути побудовані з трансляції, які утворюють решітку Браве і операції точкових груп.
Для наявності подібних додаткових операцій необхідно існування будь-яких визначених співвідношень між розмірами базису і періодами решіток Браве. Коли розміри базису знаходяться в певному співвідношенні з довжинами основних векторів решітки, можуть появлятись два нових типа операцій.
1.^ . Кристалічна структура з гвинтовою віссю переходить в саму себе при трансляції на вектор, який не належить решітці Браве, з наступним поворотом навколо осі , вздовж якої проходить трансляція.
2.^ . Кристалічна структура з площиною ковзання переходить в саму себе при трансляції на вектор , який не належить решітці Браве, з наступним відображенням в площині, яка містить цей вектор.
Як показано на мал.3 густо упакована структура інваріантна відносно цих двох типів операцій. Остання виконується тільки тому, що відстань між двома точками базису вздовж осі рівна половині відстані між площинами решітки.
Як міжнародну систему, так і систему Шенфліса які застосовуються для позначення просторових груп в тих рідких випадках, коли це необхідно, можна знайти.
nauch.com.ua
Реферат з фізики на тему
Міністерство аграрної політики УкраїниПодільський державний аграрно-технічний університет
Реферат з фізики на тему:
“Теплоємність ідеального газу”
Виконав студент I курсу I групи
Закерничний Сергій Володимирович
Кам’янець-Подільський 2007
План
-
Ідеальні гази -
Термодинаміка ідеального газу -
Термодинаміка ідеального Фермі-газу -
Термодинаміка ідеального Бозе-газу -
Теплоємність газу
1. Ідеальні гази
Ідеа́льний газ — це газ, в якому молекули можна вважати матеріальними точками, а силами притягання й відштовхування між молекулами можна знехтувати. У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями до ідеального газу є реальні розріджені гази, тиск в яких не перевищує 200 атмосфер і які перебувають при не дуже низькій температурі, оскільки за таких умов відстань між молекулами набагато перевищує їх розміри.
Поняття про ідеальні та реальні гази виникло в рамках молекулярної фізики і базується на молекулярно-кінетичній теорії будови речовини. її основним твердженням є те, що всі тіла в природі складаються з дрібних частинок — атомів і молекул, які знаходяться в постійному хаотичному русі. Характер руху частинок у газах, рідинах і твердих тілах різний. У твердих кристалічних тілах сили взаємодії між частинками дуже великі, тому молекули не можуть віддалитися одна від одної на дуже великі відстані. У результаті спільного впливу сил притягання й відштовхування частинки твердого тіла здійснюють коливання біля певних середніх положень — вузлів кристалічної решітки.
У рідинах кожна частинка протягом деякого часу коливається біля певного положення рівноваги, яке час від часу зміщається на відстань, сумірну з розміром молекули. У результаті молекули всередині рідини коливаються і повільно переміщаються.
На відміну від рідин, у яких переважає притягання частинок, у газах домінує відштовхування. Воно сильно залежить від температури, тому що вона визначає швидкість руху частинок і їхню кінетичну енергію.
Молекулярно-кінетична теорія користується ідеалізованою моделлю газоподібної речовини.— так званим ідеальним газом. Основні твердження, на які спирається ця модель, такі:
1) власний об’єм молекул газу настільки малий у порівнянні з об’ємом посудини, що ним можна знехтувати;
2) між молекулами газу відсутні сили взаємодії;
3) зіткнення молекул газу між собою і зі стінками посудини абсолютно пружні.
Модель ідеального газу часто використовується при вивченні реальних газів. Справа в тому, що деякі гази в близьких до нормальних умовах наближаються за властивостями до ідеальних газів. Крім того, практично для будь-якого реального газу можна створити такі умови, при яких він поводитиметься як ідеальний. Звичайно це досягається за рахунок низьких тисків і високих температур. Бажання привести будь-який реальний газ до ідеального ґрунтується на тому, що для ідеальних газів установлений цілий ряд законів, що описують їхню поведінку (закони Бойля—Маріотта, Гей-Люссака, Авогадро, Дальтона).
Проте існують процеси, умови протікання яких не дозволяють привести реальний газ до ідеального. Це трапляється в промислових виробництвах, наукових дослідженнях і т. ін. Тому для опису стану реальних газів був установлений ряд закономірностей, які дозволяють вивчати їхню поведінку, не змінюючи умов проведення процесу.
Перейти до: навігація, пошук
Розрізняють три типи ідеального газу:
-
Класичний ідеальний газ або газ Максвелла-Больцмана. -
Ідеальний квантовий газ Бозе (складається з бозонів). Див. статистика Бозе-Ейнштейна. -
Ідеальний квантовий газ Фермі (складається з ферміонів). Див. статистика Фермі-Дірака.
2. [ред.] Термодинаміка класичного ідеального газу
Термодинамічні властивості ідеального газу можна описати наступними двома рівняннями:
Стан класичного ідеального газу описується рівнянням стану ідеального газу:
Внутрішня енергія ідеального газу описується наступним рівнянням:
де є константою (рівною, наприклад, 3/2 для одноатомного газу) і
-
U — внутрішня енергія (вим. у джоулях) -
P — тиск (паскаль) -
V — об’єм (метр кубічний) -
n — кількість речовини (моль) -
R — газова стала (джоуль на моль на градус Кельвіна) -
T — абсолютна температура (градуси Кельвіна) -
N — кількість молекул -
kB — стала Больцмана (джоуль на градус Кельвіна на молекулу)
Інші термодинамічні величини для одноатомного ідеального газу:
Вільна енергія:
,
де m – маса атома газу, – приведена стала Планка.
Хімічний потенціал
[ред.]
3. Термодинаміка Фермі-газу
Фермі-газ утворений з ферміонів – часток, які не можуть перебувати в станах із однаковими квантовими числами. Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака. Прикладом ідеального фермі-газу є електрони в металах.
Рівняння стану фермі-газу записується в параметричному вигляді
,
,
де параметром є величина хімічного потенціалу μ. Інші позначення в цій формулі: g – фвктор виродження (2 для електронів, у яких спін 1/2), – приведена стала Планка. Міняючи параметр μ і обчислюючи інтергали, можна побудувати залежність тиску від об’єму для будь-якої температури й будь-якого числа часток.
При високих температурах Фермі-газ поводить себе аналогічно класичному газу. Перша поправка до рівняння стану має вигляд
.
Таким чином, тиск при тому ж об’ємі для фермі-газу збільшується завдяки зумовленому принципом Паулі відштовхуванню між частками.
При низьких температурах Фермі-газ стає виродженим, і втрачає схожість із класичним ідеальним газом. Умова виродження задається нерівністю
.
Температура TF називається температурою виродження.
При виконанні цієї умови рівняння стану ідеального електронного газу має вигляд:
.
Це рівняння справедливе також і для абсолютного нуля температури. Тиск виродженого Фермі-газу не залежить від температури.
[ред.]
4. Термодинаміка Бозе-газу
Ідеальний Бозе-газ скадається з бозонів. Відмінність від класичного газу в тому, що бозони неможливо жодним чином відрізнити один він одного й пронумерувати. Поведінка бозонів описується статистикою Бозе-Ейнштейна. Прикладом системи, яка складається з бозонів є світло.
Рівняння стану ідеального Бозе-газу записується у параметричному вигляді, який відрізняється від рівняння стану Фермі-газу лише знаком перед одиницею в знаменнику:
,
,
де хімічний потенціал .
При високих температурах Бозе-газ поводить себе подібно до класичного газу. Перша поправка до рівняння стану
.
Тиск при тому ж об’ємі менший за тиск класичного газу, немов між частками Бозе-газу діє ефективне притягання.
При низьких температурах Бозе-газ вироджується, переходячи в Бозе-конденсат.
Для Бозе-конденсату рівняння стану записується у вигляді:
.
Тиск у ньому не залежить від об’єму.
5. Теплоємність газу.
У металах крім іонів, які утворюють решітку і коливаються біля положень рівноваги, є вільні електрони, число яких в одиниці об’єму приблизно таке ж, як і число атомів. Тому теплоємність металів повинна складатися з теплоємності решітки Среш, і теплоємності газу Ср:
Якби газ був звичайним класичним (не виродженим) газом, то кожен електрон володів би середньою енергією теплового руху, рівної 3кТ/2, і енергія електронного газу, укладеного в одному молі металу, була б рівна
а його теплоємність
Загальна теплоємність металу у області високих температур в цьому випадку повинна була б бути рівною
Насправді ж метали, як і діелектрики, у області високих температур, в якій виконується закон Дюлонга і Пті, володіють теплоємністю Сv= 25 Дж/(моль* К), що свідчить про те, що газ не вносить помітного внеску в теплоємність металів.
Якщо бути конкретним, для підрахунку концентрації фононного газу необхідно знати середню енергію фононів E ф у області низьких і високих температур, оскільки енергія решітки рівна добутку середньої енергії фононів на їх концентрацію. Обчислення E ф приводить до наступних результатів:
— для областей низьких температур;
— для області високих температур.
Це і виправдовує якісно одержані залежності nф(Т).
Ця обставина, зовсім незрозуміла з класичної точки зору, знайшла природне пояснення в квантовій теорії.
Насправді, електронний газ в металах є виродженим і описується квантовою статистикою Фермі—Дірака. При підвищенні температури металу тепловому збудженню піддаються не всі електрони, а лише незначна їх частка N, розташована безпосередньо біля рівня Фермі. Число таких електронів визначається наближеним співвідношенням:
де Ef — енергія Фермі.
Кожен електрон, що піддається термічному збудженню, поглинає енергію порядку kT, як і частинка звичайного газу. Енергія, що поглинається всім газом, рівна добутку kT на число електронів N, що переносять термічне збудження:
Теплоємність газу рівна:
Більш розрахунок приводить до наступного виразу для Се:
Таким чином порівнюючи знайдемо:
Зформули видно, що теплоємність виродженого газу в металі приблизно в стільки разів менше теплоємності невиродженого одноатомного газу, в скільки разів kT менше Ef. Для нормальних температур відношення πкТ/Еf
Таким чином, внаслідок того, що газ в металах є виродженим, термічному збудженню навіть у області високих температур піддається лише незначна частка вільних електронів (звичайно
Інакше йде справа у області низьких температур, близьких до абсолютного нуля. У цій області теплоємність решітки з пониженням температури падає пропорційно T і поблизу абсолютного нуля може виявитися такою малою, що основне значення може прийняти теплоємність газу Се, яка з пониженням температури падає значно повільніше, ніж Среш . Як приклад показана температурна залежність решіткової і електронної теплоємності сплаву (20%V + 80% Сг), що має температуру Дебая в θ = 500 К. Із (рис.6) видно, що поблизу абсолютного нуля теплоємність електронного газу значно вища за теплоємність решітки (Среш 8,5 К; при Т > 8,5 К він міняється на зворотний (Среш> Cе), а сама нерівність різко посилюється із зростанням T і вже при T = 25 К теплоємність сплаву визначається в основному теплоємністю його решітки.
Література
-
Програмно-методические материалы: Физика. 7-11 классы. / Сост. В.А. Коровин, Ю.И. Дик. – М.: Дрофа, 1998. – 224 с. -
Элементарный учебник физики. Т.2. Под ред. Г.С. Ландсберга. – М.: Наука, 1966. -
Зисман Г.А. Тодос О.М. Курс общей физики. Т.3. – М.: Наука, 1967.
5. Курс фізики. Г.Ф. Бушок, Г.Ф. Півень. – К.:Вища школа, 1987.
6. Курс общей физики. Л.Д. Ландау, А.Й. Ахиезер, Е.М. Лифшиц. –
М.: Наука, 1969.
7. Загальні основи фізики. І.Г. Богацька, Д.Б. Головко. – К.: Либідь, 1998.
8. Кікоїн І. К.- Молекулярна фізика.
www.grandov.ru
Реферат з фізики на тему
Реферат з фізики
на тему:
“Б.Якобі – винахідник першого електродвигуна”
Нещодавно виповнилося 200 років із дня народження видатного фізика, піонера електротехніки Б. С. Якобі.
ЯКОБІ – Російський фізик і винахідник в області електротехніки Борис Семенович Якобі (Моріц) (1801, Потсдам – 1874, Петербург) – академік Петербурзької АН.
Він автор електродвигуна з комутатором оригінальної конструкції, десяти типів телеграфних апаратів (у т.ч. перший літеродрукувальний), ряду конструкцій вузлів і блоків для електо- радіотехнічних виробів.
Уродженець Німеччини, Борис Семенович повною мірою зміг реалізувати свої таланти в Росії, куди переїхав у 1835 р. Він відомий не тільки як дослідник теорії електромагнетизму, гальванопластики, але і як творець електродвигуна, ряду телеграфних апаратів, кожний з який був кроком вперед у розвитку електротелеграфії.
На той час, коли Б. С. Якобі почав займатися телеграфією, вона вже пройшла довгий шлях розвитку. Але проблема створення надійного і швидкого зв’язку вирішена не була.
У Європі одержав широке поширення електромагнітний телеграф С. Морзе, а Росія ще затрачала величезні гроші на спорудження оптичного семафорного телеграфу. Тому уряд запропонував Якобі побудувати “електротелеграфічний зв’язок” між Петербургом і Царським Селом.
Борис Семенович почав із критичного вивчення попередніх робіт з телеграфії, у тому числі свого друга Павла Львовича Шилінга, врахував слабкі сторони наявних телеграфних апаратів і переконався, що цілком реально створити новий, надійний, швидкодіючий і легко керований електромагнітний апарат.
Перший пишучий апарат Якобі сконструював у 1839 р. Його особливістю було те, що замість мультиплікатора використовувався електромагніт, що приводив за допомогою системи важелів у дію олівець. Запис сигналів вироблялася на порцеляновій дошці, що рухалася на каретці під дією годинного механізму. Телеграфний апарат Якобі протягом декількох років успішно працював на “царських” лініях: Зимовий палац – Головний штаб – Царське Село. Однак учений не був задоволений його роботою. Зиґзаґоподібні записи прийнятих депеш важко піддавалися розшифровці, мало зручним був також пристрій каретки з екраном.
Протягом багатьох літ Якобі продовжував удосконалювання свого винаходу. У 1845 р. він створив абсолютно нову конструкцію стрілочного синхронного апарата з горизонтальним циферблатом, електромагнітним приводом і прямою клавіатурою. Цей апарат набув практичного застосування в Росії, у Європі і став основою для багатьох інших синхронних телеграфних апаратів. А в 1850 р. Якобі винайшов перший у світі літеродрукувальний телеграфний апарат, що працює за принципом синхронного руху. Цей винахід було одним з найбільших досягнень електротехніки середини XIX століття.
У своєму літеродрукувальному апараті винахідник використовував всі основні ідеї, успішно реалізовані їм у стрілочному телеграфі. Це відноситься насамперед до принципу синфазності і синхронності, що був згодом покладений в основу телеграфних апаратів Д. Юза, В. Сіменса і Е. Бодо. Цей принцип зберіг своє значення і для сучасних літеродрукувальних апаратів.
Однак уряд вважав винахід Якобі військовим секретом і не дозволяв ученому публікувати його опис. Про нього навіть у Росії знали деякі, доти, поки в Берліні Якобі не показав креслення своїм “давнім друзям”. Цим скористався В. Сіменс, який вніс у конструкцію пристрою Якобі деякі зміни, і разом з механіком И. Гальську организовавший серійне виробництво таких телефонних апаратів. Так був покладений початок діяльності всесвітньо відомої електротехнічної фірми “Сіменс і Гальську”. А Якобі в 1951 р. писав, що “та ж сама система, що я уперше ввів, прийнята в даний час в Америці й у більшості країн Європи”.
Остання робота Б. С. Якобі в області апаратобудування відноситься до 1854 р., коли він створив новий телеграфний апарат для зв’язку на великих пароплавах між каютою капітана і машинним відділенням. Але апаратобудуванням не обмежувалася діяльність Якобі в області телеграфії. Він уніс видатний вклад у будівництво ліній електромагнітного телеграфу й у рішення питання про стійкість і надійність телеграфування. Ще один чудовий винахід Якобі – прототип сучасного підземного кабелю. Пізніше воно було використано при прокладці кабелю з Європи в Америку.
dogend.ru