U формула в физике: Все формулы по физике 11 класса

Содержание

Все формулы по физике 11 класса

Формула расчета силы Ампера FA = B I L sinα Закон Ампера: сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником. FA – сила Ампера, [Н]
В – магнитная индукция, [Тл]
I – сила тока, [А]
L – длина проводника, [м]
Формула расчета силы Лоренца Fл= q B υ sinα Сила Лоренца – сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы. Fл – сила Лоренца, [Н]
q – заряд, [Кл]
В – магнитная индукция, [Тл]
υ – скорость движения заряда, [м/с]
Формула радиуса движения частицы в магнитном поле r= mυ/qB r – радиус окружности, по которой движется частица в магнитном поле, [м]
m – масса частицы, [кг]
q – заряд, [Кл]
В – магнитная индукция, [Тл]
υ – скорость движения заряда, [м/с]
Формула для вычисления магнитного потока Ф = B S cosα Ф – магнитный поток, [Вб]
В – магнитная индукция, [Тл]
S – площадь контура, [м2]
Формула для вычисления величины заряда q = It Заряд – это есть произведение силы тока на время, в течение которого этот заряд протекает по проводнику. q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Закон Ома для участка цепи I = U/R Закон Ома – сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Формула для вычисления удельного сопротивления проводника R = ρ L/S
ρ = R S/L
Удельное сопротивление – величина, характеризующая электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. ρ – удельное сопротивление вещества, [Ом·мм2/м]
R – сопротивление, [Ом]
S – площадь поперечного сечения проводника, [ммБ2]
L – длина проводника, [м]
Законы последовательного соединения проводников I = I1 = I2
U = U1 + U2
Rобщ = R1 + R2
Последовательным соединением называется соединение, когда элементы идут друг за другом. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Законы параллельного соединения проводников U = U1 = U2
I = I1 + I2
1/Rобщ =1/R1 +1/R2
Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Формула для вычисления величины заряда. q = It Заряд – это есть произведение силы тока на время, в течение которого этот заряд протекает по проводнику. q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Формула для нахождения работы электрического тока. A = Uq
A = UIt
Работа – это величина, которая характеризует превращение энергии из одного вида в другой, т.е. показывает, как энергия электрического тока, будет превращаться в другие виды энергии – механическую, тепловую и т.
д. Работа электрического поля – это произведение электрического напряжения на заряд, протекающий по проводнику. Работа, совершаемая для перемещения электрического заряда в электрическом поле.
A – работа электрического тока, [Дж]
U – напряжение на концах участка, [В]
q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Формула электрической мощности P = A/t
P = UI
P = U2/R
Мощность – работа, выполненная в единицу времени. P – электрическая мощность, [Вт]
A – работа электрического тока, [Дж]
t – время, [c]
U – напряжение на концах участка, [В]
I – сила тока, [А]
R – сопротивление, [Ом]
Формула закона Джоуля-Ленца Q=I2Rt Закон Джоуля-Ленца при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Q – количество теплоты, [Дж]
I – сила тока, [А];
t – время, [с].
R – сопротивление, [Ом].
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Закон отражения света Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, при этом угол падения луча равен углу отражения луча.
Закон преломления sinα/sinγ = n2/n
1
При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления, то есть при угле падения, близком к 90°, преломлённый луч практически исчезает, а вся энергия падающего луча переходит в энергию отражённого. n – показатель преломления одного вещества относительно другого
Формула вычисления абсолютного показателя преломления вещества n = c/v Абсолютный показатель преломления вещества – величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. n – абсолютный показатель преломления вещества
c – скорость света в вакууме, [м/с]
v – скорость света в данной среде, [м/с]
Закон Снеллиуса sinα/sinγ = v1/v2=n Закон Снеллиуса (закон преломления света): отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная.
Показатель преломления среды sinα/sinγ = n Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная. n – показатель преломления среды
Преломляющий угол призмы δ = α(n – 1) δ – угол отклонения
α – угол падения
n – показатель преломления среды
Линейное увеличение оптической системы Г = H/h Г – линейное увеличение оптической системы
H – размер изображения, [м]
h – размер предмета, [м]
Формула оптической силы линзы D = 1/F Оптическая сила линзы – способность линзы преломлять лучи. D – оптическая сила линзы, [дптр]
F – фокусное расстояние линзы, [м]
Формула тонкой линзы 1/F = 1/d+1/f F – фокусное расстояние линзы, [м]
d – расстояние от предмета до линзы, [м]
f – расстояние от линзы до изображения, [м]
Максимальная результирующая интенсивность Δt = mT Δt – максимальная результирующая интенсивность
Т – период колебании, [с]
Минимальная результирующая интенсивность Δt = (2m + 1)T/2 Δt – минимальная результирующая интенсивность
Т – период колебании, [с]
Геометрическая разность хода интерферирующих волн Δ = mλ Δ – геометрическая разность хода интерферирующих волн
λ – длина волны, [м]
Условие интерференционного минимума Δ = (2m + 1)λ/2 λ – длина волны, [м]
Условие дифракционного минимума на щели Asinα = m λ A – ширина щели, [м]
λ – длина волны, [м]
Условие главных максимумов при дифракции dsinα = m λ d – период решетки
λ – длина волны, [м]
Энергия кванта излучения E = hϑ Е – энергия кванта излучения, [Дж]
ϑ – частота излучения
h – постоянная Планка
Закон смещения Вина λT = b b – постоянная Вина
λ – длина волны, [м]
Т – температура черного тела
Закон Стефана-Больцмана R = ϭT4 ϭ – постоянная Стефана-Больцмана
Т – абсолютная температура черного тела
R – интегральная светимость абсолютно черного тела
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта А – работа выхода, [Дж]
m – масса тела, [кг]
v – скорость движения тела, [м/с]
ϑ – частота излучения
h – постоянная Планка
ФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ
Массовое число M = Z + N M – массовое число
Z – число протонов (электронов), зарядовое число
N – число нейтронов
Формула массы ядра МЯ = МА – Z me MЯ – масса ядра, [кг]
МА – масса изотопа , [кг]
me – масса электрона, [кг]
Формула дефекта масс ∆m = Zmp+ Nmn – MЯ Дефект масс – разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида. ∆m – дефект масс, [кг]
mp – масса протона, [кг]
mn – масса нейтрона, [кг]
Формула энергии связи
Есвязи = ∆m c2
Энергия связи ядра – минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны). Есвязи – энергия связи, [Дж]
m – масса, [кг]
с = 3·108м/с – скорость света
Закон радиоактивного распада N = N02 –t/T1/2 N0 – первоначальное количество ядер
N – конечное количество ядер
T – период полураспада, [c]
t – время, [c]
Доза поглощенного излучения D = E/m D – доза поглощенного излучения, [Гр]
E – энергия излучения, [Дж]
m – масса тела, [кг]
Эквивалентная доза поглощенного излучения H = Dk H – эквивалентная доза поглощенного излучения, [Зв]
D – доза поглощенного излучения, [Гр]
k – коэффициент качества

Закон Ома простыми словами | boeffblog.

ru

Закон Ома был придуман… (как Вы думаете кем?). Правильно! Этот закон является основой такого раздела физики как электричество. Основными физическими величинами в разделе “Электричество” являются напряжение, сопротивление и сила тока.

Электрический ток – это то явление, без которого невозможно заставить даже лампочку светиться, не говоря о компьютерах, телефонах и прочей электронике. “Ток – это то, что течет по проводам” (Цитата одного знакомого школьника). И ведь с этим не поспоришь!!! Ток представляет собой направленное движение заряженных частиц (в основном электронов, если рассматривать металлический проводник, из которого делают провода). Чтобы измерить величину тока ввели понятие “силы тока”, но, несмотря на название, это не сила (которая в Ньютонах), а

количество заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за одну секунду. Поэтому формула для силы тока: I = q/t, измеряется в Амперах. В этой формуле q – заряд, проходящий через проводник (измеряется в Кулонах), t – время, за которое этот заряд прошел (измеряется в секундах).

Напряжение – с физической точки зрения – это работа, которая тратится для перемещения заряда от одного конца проводника к другому. Измеряется оно в Вольтах (220 Вольт в розетке, запомните как ассоциацию). Формула выглядит так: U = A/q. В этой формуле A – работа по перемещению заряда (в Джоулях), q – заряд, который был перемещен (измеряется в Кулонах). Простыми словами, напряжение – это то, что заставляет ток течь по проводам в нужную сторону.

И, наконец, сопротивление – это особенность материала, из которого сделан проводник, которая затрудняет прохождение по нему электрического тока (заряженных частиц, то есть электронов).  Наибольшим сопротивлением обладают материалы, которые не проводят ток (логично!), например резина или дерево, а наименьшим сопротивлением обладают металлы (поэтому из них делают провода). Есть еще материалы, в которых вообще отсутствует электрическое сопротивление, их называют сверхпроводники. Еще сопротивление зависит от геометрических размеров проводника (его длины и площади поперечного сечения). Чем больше длина, тем больше сопротивление, чем меньше толщина (площадь поперечного сечения), тем  сопротивление, также, меньше. Если записать в виде формулы, то получим: R = ρ*l/S, сопротивление измеряется в Омах (ρ – удельное сопротивление материала проводника, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения). 

Таким образом, мы имеем следующее: напряжение толкает электроны по проводам, а сопротивление мешает ему это сделать. Мы как раз разобрали суть закона Ома. Сила тока будет большая, если будет большое напряжение, а, если будет большое сопротивление, то сила тока, соответственно, будет маленькая. А в виде формулы это выглядит так: I = U/R.  Это и есть закон Ома.

Основные формулы по физике – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

 Физические законы, формулы, переменные

 Формулы электричество и магнетизм

Закон Кулона:
где q1 и q2 – величины точечных зарядов, ԑ1  – электрическая постоянная;
ε – диэлектрическая проницаемость изотропной среды (для вакуума ε = 1),
r – расстояние между зарядами.

Напряженность электрического поля:

где Ḟ – сила, действующая на заряд q0 , находящийся в данной точке поля.

Напряженность поля на расстоянии r от источника поля:

1) точечного заряда

2) бесконечно длинной заряженной нити с линейной плотностью заряда τ:

3) равномерно заряженной бесконечной плоскости с поверхностной плотностью заряда σ:

4) между двумя разноименно заряженными плоскостями

Потенциал электрического поля:

где W – потенциальная энергия заряда q0 .

Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r от заряда:

По принципу суперпозиции полей, напряженность:

Потенциал:

где Ēiи ϕi – напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемый i-м зарядом.

Работа сил электрического поля по перемещению заряда q из точки с потенциалом ϕ1 в точку с потенциалом ϕ2 :

Связь между напряженностью и потенциалом

1) для неоднородного поля:

2) для однородного поля:

1) 

 

2) 

 

Электроемкость уединенного проводника:

Электроемкость конденсатора:

где U = ϕ1 – ϕ2 – напряжение.

Электроемкость плоского конденсатора:

где S – площадь пластины (одной) конденсатора,

d – расстояние между пластинами.

Энергия заряженного конденсатора:

Сила тока:

Плотность тока:

где S – площадь поперечного сечения проводника.

Сопротивление проводника:

ρ – удельное сопротивление;

l – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения.

Закон Ома

1) для однородного участка цепи:

2) в дифференциальной форме:

3) для участка цепи, содержащего ЭДС:

   где ε – ЭДС источника тока,

   R и r – внешнее и внутреннее сопротивления цепи;

4) для замкнутой цепи:

1)

 

2) 

 

3) 

 

4) 

 

Закон Джоуля-Ленца

 1) для однородного участка цепи постоянного тока:
    где Q – количество тепла, выделяющееся в проводнике с током,
    t – время прохождения тока;

 2) для участка цепи с изменяющимся со временем током:

1)

2)

Мощность тока:

Связь магнитной индукции и напряженности магнитного поля:

где B – вектор магнитной индукции,
μ √ магнитная проницаемость изотропной среды, (для вакуума μ = 1),
µ0 – магнитная постоянная ,
H – напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция (индукция магнитного поля):
 1) в центре кругового тока
     где R – радиус кругового тока,

 2) поля бесконечно длинного прямого тока
     где r – кратчайшее расстояние до оси проводника;

 3) поля, созданного отрезком проводника с током
    где ɑ1 и ɑ2 – углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка и точкой поля;
 4) поля бесконечно длинного соленоида
     где n – число витков на единицу длины соленоида.

1)

 

2) 

 

3) 

 

4) 

 

Сила Лоренца:

по модулю
где F – сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле,
v – скорость заряда q,
α – угол между векторами v и B.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток через площадку S):
 1) для однородного магнитного поля ,
    где α – угол между вектором B и нормалью к площадке,
 2) для неоднородного поля

1)

 

2)

 

Потокосцепление (полный поток):
где N – число витков катушки.

Закон Фарадея-Ленца:
где ԑ– ЭДС индукции.

ЭДС самоиндукции:
где L – индуктивность контура.

Индуктивность соленоида:

где n – число витков на единицу длины соленоида,
V – объем соленоида.


Энергия магнитного поля:

Заряд, протекающий по замкнутому контуру при изменении магнитного потока через контур:

где ∆Ф = Ф2 – Ф1 – изменение магнитного потока, R – сопротивление контура.

Работа по перемещению замкнутого контура с током I в магнитном поле:

Формула мощности тока в физике

Содержание:

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U.

Работа, которая выполняется при перемещении заряда равного 1 Кл между точками A и B (рис. {2}(6)$$

где j – плотность тока, $\rho$ – удельное сопротивление.

Единицы измерения мощности тока

Основной единицей измерения мощности тока (как и мощности вообще) в системе СИ является: [P]=Вт=Дж/с.

В СГС: [P]=эрг/с.

1 Вт=107 эрг/( с).

Выражение (4) применяют в системе СИ для того, чтобы дать определение единицы напряжения. Так, единицей напряжения (U) является вольт (В), который равен: 1 В= (1 Вт)/(1 А).

Вольтом называют электрическое напряжение, которое порождает в электроцепи постоянный ток силы 1 А при мощности 1 Вт.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какой должна быть сила тока, которая течет через обмотку электрического мотора для того, чтобы полезная мощность двигателя (PA) стала максимальной?Какова максимальная полезная мощность? Если двигатель постоянного тока подключен к напряжению U, сопротивление обмотки якоря – R.

Решение. Мощность, которую потребляет электроприбор, идет на нагревание (PQ) и совершение работы (PA):

$$P=P_{Q}+P_{A}(1. {2}}{P_{2}}}$$

Читать дальше: Формула напряжения электрического поля.

Формула силы тока в физике

Содержание:

Определение и формула силы тока

Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

$$I=\frac{d q}{d t}$ (1)$

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

$$I=\frac{q}{t}(2)$$

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени. {2} d t}(3)$$

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

$$I=I_{m} \sin \omega t$$

то Im – амплитуда силы тока ($\omega$ – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока ($\bar{j}$). При этом:

$$j_{n}=j \cos \alpha=\frac{d I}{d S}(5)$$

где $\alpha$ – угол между векторами $\bar{j}$ и $\bar{n}$ ( $\bar{n}$ – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($\bar{n}$).

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

$$I=\int_{S} j d S(6)$$

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S ($\alpha \equiv 0$)

Для постоянного тока имеем:

$I = jS (7)$

Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

$$\frac{j_{1}}{j_{2}}=\frac{S_{2}}{S_{1}}(8)$$

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

$$I=I_{1}=I_{2}=\cdots=I_{i}(9)$$

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):

$$I=\sum_{i=1}^{n} I_{i}(10)$$

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

$$I=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(11)$$

где $\varphi_{1}$ – $\varphi_{2}$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, $\varepsilon$ – ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи. {6}=(30-6)=24$ (Кл)

Ответ. q=24 Кл

Слишком сложно?

Формула силы тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна $\varepsilon$.

Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:

$$I=\frac{d q}{d t}(2.1)$$

При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине) рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении удобно искать в виде:

$dq = UdC (2. {2}-A v t\right) \rightarrow C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0}(A v t)}{d}(2.4)$$

где $\varepsilon_{0}$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении системы в керосин является площадь обкладок S:

$$S_{2}=A \cdot v \cdot t ; S_{1}=A \cdot(A-v t)$$

Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:

$$d C=d C_{1}+d C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v d t}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v d t(2.6)$$

Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:

$$I=U\left(\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v\right)=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$$

Ответ. $I=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$

Читать дальше: Формула силы.

Основные формулы по физике для 8 класса

Формулы по физике

8 класс

Количество теплоты при нагревании

Q=c*m*(t2t1)=с*m*∆t

Q – количество теплоты [Дж] (Джоуль)

с – удельная теплоёмкость [Дж/(кг*ºС), Дж/(кг*ºК)] (Джоуль на килограмм-градус Цельсия, Джоуль на килограмм-градус Кельвина)

m – масса [кг] (килограмм)

t2 – конечная температура [ºC, ºK] (градус Цельсия, градус Кельвина)

t1 – начальная температура [ºC, ºK] (градус Цельсия, градус Кельвина)

∆t – изменение температуры [ºC, ºK] (градус Цельсия, градус Кельвина)

Q>0 – выделение, отдача тепла (энергии)

Q<0 – поглощение, забор тепла (энергии)

Теплота сгорания

Q=q*m

Q – количество теплоты [Дж] (Джоуль)

q – удельная теплота сгорания [Дж/кг] (Джоуль на килограмм)

m – масса [кг] (килограмм)

Теплота плавления

Q=λ*m

Q – количество теплоты [Дж] (Джоуль)

λ – удельная теплота плавления [Дж/кг] (Джоуль на килограмм)

m – масса [кг] (килограмм)

В течение процесса плавления (отвердевания) температура остается постоянной!

Теплота парообразования

Q=L*m

Q – количество теплоты [Дж] (Джоуль)

L – удельная теплота парообразования [Дж/кг] (Джоуль на килограмм)

m – масса [кг] (килограмм)

В течение процесса парообразования (конденсации) температура остается постоянной!

Сила электрического тока

I=

I – сила тока [А] (Ампер)

q – заряд [Кл] (Кулон)

t – время [с] (секунда)

А – Амперметр, прибор для измерения силы тока, подключается последовательно.

Электрическое напряжение

U=

U – напряжение [В] (Вольт)

А – работа электрического тока [Дж] (Джоуль)

q – заряд [Кл] (Кулон)

V – вольтметр, прибор для измерения напряжения, подключается параллельно

Сопротивление проводника

R=ρ*

R – сопротивление проводника [Ом] (Ом)

ρ – удельное сопротивление [Ом*мм2/м, Ом*м] (Ом-квадратный миллиметр на метр, Ом-метр)

l – длина проводника [м] (метр)

s – площадь поперечного сечения проводника [мм22] (квадратный миллиметр, квадратный метр)

Закон Ома

I=

I – сила тока [А] (Ампер)

R – сопротивление проводника [Ом] (Ом)

U – напряжение [В] (Вольт)

Сопротивление проводника не зависит от силы тока или напряжения, зависит только от геометрических параметров (длина, площадь поперечного сечения и удельное сопротивление материала)

Соединение проводников

1)Последовательное

Rобщее=R1+R2

Iобщая=I1=I2

Uобщее=U1+U2

2)Параллельное

=+

Iобщая=I1+I2

Uобщее=U1=U2

Работа электрического тока

A=I*U*t

А – работа электрического тока [Дж] (Джоуль)

I – сила тока [А] (Ампер)

U – напряжение [В] (Вольт)

t – время [с] (секунда)

Закон Джоуля-Ленца

Q=I2*R*t

Q – количество теплоты, выделяющееся на проводнике [Дж] (Джоуль)

I – сила тока [А] (Ампер)

R – сопротивление проводника [Ом] (Ом)

t – время [с] (секунда)

Мощность электрического тока

P==I*U

P – мощность электрического тока [Вт] (Ватт)

А – работа электрического тока [Дж] (Джоуль)

t – время [с] (секунда)

I – сила тока [А] (Ампер)

U – напряжение [В] (Вольт)

Основные формулы работы электрического тока (теплоты) и мощности

Три закона распространения света

  1. В однородной среде свет распространяется равномерно и прямолинейно

  2. При отражении света от поверхности угол падения равен углу отражения (углом падения/отражения называется угол между падающим/отражённым лучом и перпендикуляром к поверхности)

  3. При переходе света из одной среды в другую луч преломляется. При переходе света из менее плотной среды в более плотную луч отклоняется ближе к перпендикуляру к поверхности, и наоборот.

=

α – угол падения

β – преломлённый угол

n1 – показатель преломления более плотной среды (β)

n2 – показатель преломления менее плотной среды (α)

Оптическая сила линзы

D=

D – оптическая сила линзы [дптр] (диоптрия)

F – фокусное расстояние линзы [м] (метр)

Формула тонкой линзы

=+

F – фокусное расстояние линзы [м] (метр)

f – расстояние от линзы до изображения [м] (метр)

d – расстояние от предмета до линзы [м] (метр)

Основные формулы по физике за курс 7-8 класса

7 класс

Название формулы

Формула

Обозначение величин входящих в формулу

Путь

S – путь (м)

𝓋 – скорость (м/с)

t – время (с)

Скорость

Плотность

𝜌 – плотность (кг/)

m – масса (кг)

V – объем ()

Масса

Закон Гука

F – сила упругости (Н)

k – жесткость пружины (Н/м)

Δl – удлинение пружины (м)

Сила тяжести

F – сила (Н)

m – масса (кг)

g – ускорение свободного падения (м/)

Давление

p – давление (Па)

F – сила (Н)

S – площадь ()

Давление столба жидкости

P – давление (Па)

𝜌 – плотность (кг/)

g – ускорение свободного падения (м/)

h – высота столба жидкости (м)

Сила Архимеда

F – сила Архимеда (Н)

𝜌 – плотность (кг/)

g – ускорение свободного падения (м/)

V –объем ()

Механическая работа

A – работа (Дж)

F – сила (Н)

S – путь (м)

Мощность

N – мощность (Вт)

A – работа (Дж)

t – время (с)

Момент силы

M – момент силы (Н·м)

F – сила (Н)

l –плечо силы (м)

КПД

𝛈 – кпд

– полезная работа (Дж)

– затраченная работа (Дж)

Потенциальная энергия

E – потенциальная энергия (Дж)

m – масса (кг)

g – ускорение свободного падения (м/)

h – высота (м)

Кинетическая энергия

E – кинетическая энергия (Дж)

m – масса (кг)

𝓋 – скорость (м/с)

8 класс

Название формулы

Формула

Обозначение величин входящих в формулу

Количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаждения

Q – количество теплоты (Дж)

c – удельная теплоемкость ()

m – масса (кг)

Δt =() – разность температур

– конечная температура ()

– начальная температура ()

Количество теплоты, выделяемое при сгорании

Q – количество теплоты (Дж)

q – удельная теплота сгорания топлива (

m – масса (кг)

Количество теплоты необходимое для плавления

Q – количество теплоты (Дж)

m – масса (кг)

λ – удельная теплота плавления ()

Относительная влажность воздуха

– относительная влажность воздуха

𝜌 – давления водяного пара (па)

– давление насыщенного пара (Па)

Количество теплоты необходимое для парообразования

Q – количество теплоты (Дж)

L – удельная теплота парообразования ()

m – масса (кг)

КПД теплового двигателя

𝛈 – КПД

– полезная работа (Дж)

– количество теплоты (Дж)

Полезная работа теплового двигателя

– полезная работа (Дж)

– количество теплоты нагревателя (Дж)

– количество теплоты холодильника (Дж)

Сила тока

I –сила тока (А)

q – электрический заряд (Кл)

t – время (с)

Напряжение

U – напряжение (В)

A – работа (Дж)

q – электрический заряд (Кл)

Сопротивление

R – сопротивление (Ом)

𝜌 – удельное сопротивление (Ом·м)

l – длина проводника (м)

S – площадь сечения проводника ()

Последовательное соединение проводников

R – общее сопротивление (Ом)

– сопротивление n-ого проводника (Ом)

– сила тока (А)

– сила тока n-ого проводника (А)

– полное напряжение (В)

– напряжение n-ого проводника (В)

Параллельное соединение проводников

Закон Ома для участка цепи

I – сила тока (А)

U – напряжение (В)

R – сопротивление (Ом)

Мощность электрического тока

P – мощность электрического тока (Вт)

I – сила тока (А)

U – напряжение (В)

Закон Джоуля-Ленца

Q – количество теплоты (Дж)

I – сила тока (А)

R – сопротивление (Ом)

t – время (с)

Закон отражения света

– угол падения

– угол отражения

Закон преломления света

– угол падения

– угол отражения

– показатель преломления среды

Оптическая сила линзы

D – оптическая сила линзы (дптр)

F – фокусное расстояние (м)

7 класс

Название формулы

Формула

Обозначение величин входящих в формулу

Путь

S – путь (м)

𝓋 – скорость (м/с)

t – время (с)

Скорость

Плотность

𝜌 – плотность (кг/)

m – масса (кг)

V – объем ()

Масса

Закон Гука

F – сила упругости (Н)

k – жесткость пружины (Н/м)

Δl – удлинение пружины (м)

Сила тяжести

F – сила (Н)

m – масса (кг)

g – ускорение свободного падения (м/)

Давление

p – давление (Па)

F – сила (Н)

S – площадь ()

Давление столба жидкости

P – давление (Па)

𝜌 – плотность (кг/)

g – ускорение свободного падения (м/)

h – высота столба жидкости (м)

Сила Архимеда

F – сила Архимеда (Н)

𝜌 – плотность (кг/)

g – ускорение свободного падения (м/)

V –объем ()

Механическая работа

A – работа (Дж)

F – сила (Н)

S – путь (м)

Мощность

N – мощность (Вт)

A – работа (Дж)

t – время (с)

Момент силы

M – момент силы (Н·м)

F – сила (Н)

l –плечо силы (м)

КПД

𝛈 – кпд

– полезная работа (Дж)

– затраченная работа (Дж)

Потенциальная энергия

E – потенциальная энергия (Дж)

m – масса (кг)

g – ускорение свободного падения (м/)

h – высота (м)

Кинетическая энергия

E – кинетическая энергия (Дж)

m – масса (кг)

𝓋 – скорость (м/с)

8 класс

Название формулы

Формула

Обозначение величин входящих в формулу

Количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаждения

Q – количество теплоты (Дж)

c – удельная теплоемкость ()

m – масса (кг)

Δt =() – разность температур

– конечная температура ()

– начальная температура ()

Количество теплоты, выделяемое при сгорании

Q – количество теплоты (Дж)

q – удельная теплота сгорания топлива (

m – масса (кг)

Количество теплоты необходимое для плавления

Q – количество теплоты (Дж)

m – масса (кг)

λ – удельная теплота плавления ()

Относительная влажность воздуха

– относительная влажность воздуха

𝜌 – давления водяного пара (Па)

– давление насыщенного пара (Па)

Количество теплоты необходимое для парообразования

Q – количество теплоты (Дж)

L – удельная теплота парообразования ()

m – масса (кг)

КПД теплового двигателя

𝛈 – КПД

– полезная работа (Дж)

– количество теплоты (Дж)

Полезная работа теплового двигателя

– полезная работа (Дж)

– количество теплоты нагревателя (Дж)

– количество теплоты холодильника (Дж)

Сила тока

I –сила тока (А)

q – электрический заряд (Кл)

t – время (с)

Напряжение

U – напряжение (В)

A – работа (Дж)

q – электрический заряд (Кл)

Сопротивление

R – сопротивление (Ом)

𝜌 – удельное сопротивление (Ом·м)

l – длина проводника (м)

S – площадь сечения проводника ()

Последовательное соединение проводников

R – общее сопротивление (Ом)

– сопротивление n-ого проводника (Ом)

– сила тока (А)

– сила тока n-ого проводника (А)

– полное напряжение (В)

– напряжение n-ого проводника (В)

Параллельное соединение проводников

Закон Ома для участка цепи

I – сила тока (А)

U – напряжение (В)

R – сопротивление (Ом)

Мощность электрического тока

P – мощность электрического тока (Вт)

I – сила тока (А)

U – напряжение (В)

Закон Джоуля-Ленца

Q – количество теплоты (Дж)

I – сила тока (А)

R – сопротивление (Ом)

t – время (с)

Закон отражения света

– угол падения

– угол отражения

Закон преломления света

– угол падения

– угол отражения

– показатель преломления среды

Оптическая сила линзы

D – оптическая сила линзы (дптр)

F – фокусное расстояние (м)

Специальные символы – гипертекст по физике

Это условные обозначения, используемые в этой книге.

Время Период Вязкость Плотность заряда ) Трансфинитное число
Пространство и время
символ количество символ шт.
r , r положение, разделение, радиус, радиус кривизны кв.м метр
с , с перемещение, расстояние кв.м метр
θ , φ , θ, φ угол, угловое перемещение, угловое разделение, угол поворота рад радиан
x , y , z декартовы координаты кв.м метр
до , ĵ , декартовых единичных векторов безразмерный
r , θ, φ сферические координаты м, рад метр, радиан
r̂, θ̂, φ̂ сферические единичные векторы безразмерный
ρ, φ, z цилиндрические координаты м, рад метр, радиан
ρ̂, φ̂, ẑ цилиндрические единичные векторы безразмерный
нормальный единичный вектор безразмерный
т тангенциальный единичный вектор безразмерный
ч высота, глубина кв. м метр
ℓ, л длина кв.м метр
г расстояние, отрыв, толщина кв.м метр
т толщина кв.м метр
Д диаметр кв.м метр
К окружность кв.м метр
А , А площадь, площадь поперечного сечения, площадь проекции, площадь поверхности м 2 квадратных метров
В том м 3 куб.м
т , продолжительность с второй
т , периодическое время с второй
τ постоянная времени с второй
f частота Гц герц
ω угловая частота рад / с радиан в секунду
Механика
символ количество символ шт.
в , в скорость, скорость м / с метр в секунду
а , а разгон м / с 2 метр в секунду в квадрате
a c , a c центростремительное ускорение, центробежное ускорение м / с 2 метр в секунду в квадрате
г , г гравитационное поле, ускорение свободного падения м / с 2 метр в секунду в квадрате
м масса кг килограмм
F , F сила N ньютон
F г , Вт , Вт сила тяжести, вес N ньютон
F n , N , N нормальная сила, нормальная N ньютон
F f , f s , f k Сила трения (статическая, кинетическая) N ньютон
μ с , μ k коэффициент трения (статический, кинетический) безразмерный
p , p импульс кг м / с килограмм-метр в секунду
Дж , Дж импульс Н с ньютон секунда
Вт работа Дж джоуль
E энергия, общая энергия Дж джоуль
K , K t , K r кинетическая энергия (поступательная, вращательная) Дж джоуль
U , U g , U s потенциальная энергия (гравитационная, пружинная) Дж джоуль
V г гравитационный потенциал Дж / кг джоуль на килограмм
η КПД безразмерный
п. мощность Вт ватт
ω , ω скорость вращения, частота вращения рад / с радиан в секунду
α , α ускорение вращения рад / с 2 радиан на секунду в квадрате
τ , τ крутящий момент Н м Ньютон-метр
I момент инерции кг м 2 килограмм метр в квадрате
л , л Угловой момент кг · м 2 / с килограмм-метр в секунду
H , H угловой импульс Н м ньютон-метр секунда
к жесткость пружины Н / м ньютон на метр
п. давление Па паскаль
σ нормальное напряжение Па паскаль
τ напряжение сдвига Па паскаль
ρ плотность, объемно-массовая плотность кг / м 3 килограмм на кубический метр
σ удельная масса поверхности, поверхностная плотность массы кг / м 2 килограмм на квадратный метр
λ линейная массовая плотность кг / м килограмм на метр
F B , B , B Плавучесть, подъемная сила N ньютон
q м массовый расход кг / с килограмм в секунду
q V объемный расход м 3 / с кубометров в секунду
F D , R , R лобовое сопротивление, аэродинамическое сопротивление, сопротивление воздуха N ньютон
C , C D Коэффициент аэродинамического сопротивления, коэффициент аэродинамического сопротивления безразмерный
η , динамическая вязкость Па · с паскаль секунды
ν кинематическая вязкость м 2 / с квадратных метров в секунду
млн лет Машинный номер безразмерный
Re число Рейнольдса безразмерный
Fr номер безразмерный
E Модуль Юнга, модуль упругости Па паскаль
G Модуль сдвига, модуль жесткости Па паскаль
К Модуль объемной упругости, модуль сжатия Па паскаль
ε линейная деформация безразмерный
γ деформация сдвига безразмерный
θ объемная деформация безразмерный
γ поверхностное натяжение Н / м ньютон на метр
Теплофизика
символ количество символ шт.
т температура К кельвин
α линейное расширение, коэффициент линейного теплового расширения К -1 обратный кельвин
β объемное расширение, коэффициент объемного теплового расширения К -1 обратный кельвин
Q тепло Дж джоуль
c удельная теплоемкость, удельная теплоемкость Дж / кг K джоуль на килограмм кельвина
л скрытая теплота, удельная скрытая теплота Дж / кг джоуль на килограмм
n количество вещества моль
N количество частиц безразмерный
п. тепловой поток Вт ватт
к теплопроводность Вт / м K ватт на метр кельвинов
ε излучательная способность безразмерный
U внутренняя энергия Дж джоуль
S энтропия Дж / К джоуль на кельвин
w путей, количество одинаковых микросостояний безразмерный
COP коэффициент полезного действия безразмерный
Электричество и магнетизм
символ количество символ шт.
q , Q заряд, электрический заряд С кулон
ρ , объемная плотность заряда С / м 3 кулонов на кубический метр
σ поверхностная плотность заряда, поверхностная плотность заряда С / м 2 кулонов на квадратный метр
λ линейная плотность заряда С / м кулонов на метр
F E , F E электрическая сила, электростатическая сила N ньютон
E , E электрическое поле Н / К, В / м ньютон на кулон, вольт на метр
Φ E электрический поток Н · м 2 / C, В · м Ньютон-метр в квадрате на кулон, вольтметр
U , U E потенциальная энергия, электрическая потенциальная энергия Дж джоуль
В, В E напряжение, потенциал, электрический потенциал В вольт
Электродвижущая сила, ЭДС В вольт
К емкость F фарад
κ диэлектрическая проницаемость безразмерный
I ток, электрический ток А ампер
R , R сопротивление, электрическое сопротивление, внутреннее сопротивление Ом Ом
ρ удельное сопротивление Ом · м омметр
G проводимость S сименс
σ проводимость См / м сименс на метр
F B , F B магнитная сила N ньютон
B , B магнитное поле т тесла
Φ B магнитный поток Вт Вебер
N количество витков безразмерный
n витков на единицу длины, плотность витков м −1 обратный счетчик
η плотность энергии Дж / м 3 джоуль на кубический метр
S , S вектор пойнтинга, интенсивность Вт / м 2 ватт на квадратный метр
Математические обозначения и обозначения
символ описание
+ плюс, сложение, плюс
минус, вычесть, минус
± неопределенность, погрешность, плюс-минус
· умножение, точка, скалярное произведение, скалярное произведение
× умножение, крест, векторное произведение, векторное произведение
÷, / делить
x 2 квадрат
x 3 куб
корень квадратный, корень, корень
кубический корень
1 x , x −1 обратное, обратное
= равно, равенство
примерно равно
пропорционально
не равно, неравенство
~ на заказ, тильда
< менее
> больше
меньше или равно
больше или равно
⇒, логическое следствие
логическая эквивалентность
и так далее, многоточие
следовательно
f ( x ) (функция
грех синус
cos косинус
желто-коричневый касательная
синх гиперболический синус
cosh гиперболический косинус
танх гиперболический тангенс
единичный вектор, шляпа, циркумфлекс
параллельно
перпендикуляр
x среднее, среднее, античастица, черта, черта
x медиана, суперсиметрическая частица, тильда
⟨⟩ среднее по времени, среднее по ансамблю, брекет
p ( x ) Распределение вероятностей, функция плотности вероятности
приращение, изменение, дельта
г дифференциал, d
частичный дифференциал, d частичный
градиент, дель
· расхождение, деление, точка
∇ × локон, дель-крест
2 лапласиан, дель-квадрат
суммирование, сигма
интегральный
двойной интеграл
тройной интеграл
контур интегральный
поверхность интегральная
интегральный объем
бесконечность
0 , алеф ноль

Физические формулы

Это На странице есть все необходимые вам формулы физики. В первом разделе у нас есть СИ единицы измерения. В следующем разделе мы рассмотрим уравнения механики и уравнения электричества.

Эти Уравнения физики описывают взаимосвязь между скоростью, ускорением, силы и т. д. Как только мы поймем основную физику, уравнения могут служить в качестве умственных структуры, которые мы можем использовать, чтобы понять и предсказать исход физического явления. Конечно, эти уравнения также будут неоценимы, когда дело доходит до расчета неизвестные значения из известных.

Физика это наука, которая в значительной степени полагается на математические навыки. Основной из них является алгебра, так как вам нужно иметь возможность заменять и переставлять уравнение
, если это необходимо. Помните, что мы всегда можем изменить формулу в соответствии с конкретным приложением.

Примечание: Все эти физические формулы требуют использования единиц СИ
(Международная система единиц)

единиц СИ

Кол-во Количество символ Блок символ
Масса м килограммы кг
Усилие F Ньютон N
расстояние д метра м
скорость v Скорость v
Давление п. Паскаль Па
Работа Вт Джоулей Дж
Энергия E Джоулей Дж
Время т секунды с

https: // www.easy-science-experiments.com/#show-hide

Наши лучшие подарки для молодых ученых
https://www.easy-science-experiments.com/#show-hide

Уравнения механики

$$ v = \ frac {\ Delta d} {\ Delta t} $$

$$ velocity = \ frac {\ text {изменение смещения}} {\ text {изменение во времени}} $$

$$ a = \ frac {\ Delta v} {\ Delta t} $$

$$ ускорение = \ frac {\ text {изменение скорости}} {\ text {изменение во времени}} $$

$$ Сила = масса \ раз ускорение $$

$$ Работа = Сила \ умноженное на расстояние $$

$$ Мощность = \ frac {Работа} {время} $$

$$ крутящий момент = Сила \ умноженное на расстояние $$

$$ Force = – \ text {постоянная эластичности} \ times extension $$

Уравнения кругового движения

$$ a_c = \ frac {v ^ 2} {r} $$

$$ \ text {центростремительное ускорение} = \ frac {скорость ^ 2} {радиус} $$

$$ F_c = \ frac {mv ^ 2} {r} $$

$$ \ text {центростремительная сила} = \ frac {масса \ умноженная на скорость ^ 2} {радиус} $$

$$ C = 2 \ pi r $$

$$ Окружность = 2 \ пи \ умножить на радиус $$

Импульс

$$ импульс = масса \ умноженная на скорость $$

$$ \ Delta p = F \ Delta t $$

$$ \ text {изменение импульса} = Сила \ раз \ text {изменение во времени} $$

Уравнения энергии

$$ E_p = \ frac {1} {2} kx ^ 2 $$

$$ \ text {Упругая потенциальная энергия} = \ frac {1} {2} \ text {постоянная упругости} \ times extension ^ 2 $$

$$ E_k = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $$

$$ \ text {Кинетическая энергия} = \ frac {1} {2} масса \ умноженная на скорость ^ 2 $$

$$ \ Delta E_p = мг \ Delta ч $$

$$ \ text {гравитационная потенциальная энергия} = масса \ times \ text {ускорение свободного падения} \ times \ text {изменение высоты} $$

Ep означает энергетический потенциал, который представляет собой запасенную энергию. 2 + 2ad $$

$$ d = (\ frac {v_f + v_f} {2}) t $$

Уравнения электричества

$$ Напряжение = ток \ умноженное на сопротивление $$

$$ P = I V $$

$$ P = \ frac {\ Delta E} {t} $$

$$ Мощность = Ток \ раз Напряжение $$

$$ Мощность = \ frac {Изменение энергии} {время} $$

$$ R_T = R_1 + R_2 + R_3 + … $$

Полное сопротивление резистора, включенного параллельно, равно сумме обратных сопротивлений резисторов.

$$ \ frac {1} {R_T} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} + \ frac {1} {R_3} +… $$

Суммарное сопротивление последовательно включенных резисторов – сумма всех последовательно включенных резисторов.

$$ \ text {Напряженность электрического поля} = \ frac {\ text {Разница потенциалов (напряжение)}} {расстояние} $$

$$ \ text {Электрическая сила} = \ text {Напряженность электрического поля} \ times charge $$

$$ Current = \ frac {charge} {timt} $$

$$ V = \ frac {\ Delta E} {Q} $$

$$ V = \ frac {изменение энергии} {Charge} $$

$$ \ Delta E = qEd $$

$$ \ text {Изменение энергии} = заряд \ раз \ text {напряженность электрического поля} \ раз расстояние $$


https: // www. easy-science-experiments.com/#show-hide

Перестановка физических формул

Помните: Мы можем переставить физические формулы, применяя простую алгебру, чтобы гарантировать, что все символы в правой части уравнения известны.
Например, если мы знаем силу, действующую на объект, и массу объекта, как рассчитать ускорение, испытываемое объектом, с помощью уравнения:

$$ F = ma $$

Нам нужно переставить уравнение так, чтобы a было слева, а F – справа.

$$ a = \ frac {m} {F} $$

Теперь мы можем вставить m и F, чтобы получить a. Пока есть только одно неизвестное, мы можем легко изменить уравнения, чтобы дать нам ответ.

Вернитесь из «Физических формул» на ГЛАВНУЮ.



https://www.easy-science-experiments.com/#show-hide

Динамика | Физика для идиотов

Динамика – это название правил движения. Это то, что, как вы могли подумать, станет одним из первых, о чем нужно будет разобраться, но не было полностью заблокировано до недавнего времени. При этом правила не сильно изменились и довольно предсказуемы, по крайней мере, в больших масштабах. Кто-то однажды сказал мне, что все, что вам нужно знать для экзамена по динамике, это: и все остальное можно вывести из этого. Я так и не узнал, правы ли они, я узнал и эти на всякий случай:

Если вы уже знакомы с уравнениями, возможно, вы захотите перейти к следующему разделу, иначе я объясню, откуда они взялись и как их использовать.

При работе с измерениями вы можете использовать скалярные или векторные величины.

Скалярные величины:

  • Укажите только величину.
  • Энергия, длина, масса, скорость, температура и время – все это скалярные величины.

Векторные величины:

  • Имеют величину и направление
  • Смещение, Сила, Скорость, Ускорение и Импульс – все векторные величины.

Иногда может показаться, что скорость и скорость – одно и то же (часто они равны друг другу), но на самом деле они немного отличаются. Скорость – это то, насколько быстро что-то движется, не имеет значения, идет ли он вверх, вниз, влево или вправо, все, что имеет значение, – это то, как далеко он перемещается за установленное время. Вероятно, лучший способ рассматривать скорость – это если вы думаете или обычная ось x, y. Если тело движется горизонтально по прямой со скоростью 10, затем останавливается и движется в совершенно противоположном направлении, при скорости 10, очевидно, произошло изменение, однако скорость этого не отражает. Скорость до разворота такая же, как и после.Однако скорость не та. Если бы мы сказали, что скорость вначале была такой же, как и скорость: 10, тогда, когда тело движется точно в противоположном направлении с той же скоростью, скорость будет -10.

Исаак Ньютон был умным парнем. Мы должны благодарить его за гравитацию (я, вероятно, должен добавить, что он открыл, а не изобрел ее, иначе люди начнут обвинять его каждый раз, когда падают). Больше всего Ньютон известен (помимо случая с яблоком) своими законами движения:

  1. Частица останется в покое или продолжит свое движение, если на нее не будет действовать внешняя сила.
  2. Сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение ().
  3. Каждое действие имеет равную и противоположную реакцию.

Все это нормально, но что на самом деле означают эти законы?

1. Частица останется в покое или продолжит свое движение, если на нее не будет действовать внешняя сила.

Это просто означает, что если на частицу не действует внешняя сила, она никоим образом не изменит ее движения. Если бы не было трения или сопротивления воздуха, то частица, движущаяся со скоростью 5, продолжалась бы бесконечно.Очевидно, что в реальной жизни этого не происходит из-за сопротивления воздуха и трения, поэтому практически невозможно иметь внешнюю силу на движущуюся частицу. Однако, если вы думаете о неподвижной частице, это имеет гораздо больший смысл. Если к неподвижной частице не приложить силу, она не начнет двигаться.

2. Сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение.

Проще говоря, это, вероятно, одна из самых фундаментальных формул в динамике.Это один из тех, которые часто возникают в Dynamics, и его действительно стоит изучить. Понять это тоже не так уж и сложно. Имеет смысл, что если что-то имеет большую массу, потребуется большая сила, чтобы придать ему такое же ускорение, как и что-то с меньшей массой.

3. Каждое действие имеет равную и противоположную реакцию

Этот закон в основном означает, что если вы толкнетесь о стену, это оттолкнет вас назад, что на самом деле является хорошей работой, потому что иначе вы бы прошли прямо!

У них так много разных названий, что иногда сложно угнаться за ними.Возможно, вы слышали, что их называют кинематическими уравнениями, уравнениями движения, уравнениями SUVAT, а может быть, вы вообще не слышали о них. Прежде всего, давайте взглянем на них:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Может показаться, что там есть что вспомнить, но поверьте, это не так сложно, как кажется. Как будто эти уравнения невероятно важны в динамике.

SUVAT Equation 1

Как вы, наверное, уже знаете, скорость, разделенная на время, равна ускорению, а скорость, умноженная на время, равна смещению.Это означает, что на графике зависимости скорости от времени уклон линии равен ускорению, а площадь под линией равна смещению.

Если у вас есть начальная скорость и конечная скорость, график будет выглядеть примерно так:

График, показывающий u против t

Как я уже сказал, уклон линии равен ускорению. Так . Переставив это так, чтобы получился объект, мы получаем нашу первую формулу постоянного ускорения:

SUVAT Equation 2

Ладно, один проиграл, осталось четыре!

Мы знаем, что площадь под графиком равна смещению.Итак, мы знаем, что умножение на дает нам нижний прямоугольник площади, а деление на 2 дает нам верхний треугольник. Это дает нам:

Теперь мы уже знаем это, поэтому мы можем переставить это, чтобы получить, а затем подставить это в наше уравнение для смещения. Из этого у нас есть. Если мы просто умножим скобку, которая дает нам нашу вторую формулу:

Для тех из вас, кто любит находить математику там, где это возможно, вам может быть интересно узнать, что это интеграл по отношению к.Если для вас это не имеет смысла, почему бы не заглянуть в замечательный раздел «Интеграция», где все станет ясно!

SUVAT Equation 3

Те из вас, кто увлечен поиском закономерностей, возможно, заметили, что это уравнение очень похоже на предыдущее. Это потому, что он очень похож на предыдущий. Те из вас, кто решил не переходить на страницу интеграции, могут пожалеть об этом сейчас.

Если переставить, чтобы сделать тему, то получится:

Теперь вам просто нужно интегрировать этот результат по времени, чтобы получить наше третье уравнение:

SUVAT Equation 4

Мы уже установили, что площадь под графиком (равная смещению) равна:

Если мы умножим скобку, получим:

, что совпадает с:

Наконец, мы просто разложим это на множители, чтобы получить:

SUVAT Equation 5

Можем переставить, сделать тему:

Затем мы просто подставляем это значение в наше предыдущее уравнение:, что дает нам:


, который можно упростить до,

, а затем

это в конечном итоге дает нам окончательную форму

Вот и все! Эти уравнения определенно стоит изучить, поскольку они полезны снова и снова. Есть несколько правил, например, их можно использовать только в тех случаях, когда есть постоянное ускорение. Это означает, что если ускорение составляет примерно 12 мс -2 , они в порядке, но если ускорение примерно 12 мс -2 , тогда они не будут работать, поскольку ускорение зависит от.

Большая часть динамики достигается за счет игнорирования сопротивления воздуха, и хотя это значительно упрощает работу, всегда стоит знать, какое влияние это окажет.Для любого объекта, движущегося в жидкости, силу сопротивления можно рассчитать по формуле:

– это плотность жидкости (998,2071 кг · м для воды при 30 градусах и 1,204 кг · м для воздуха), – скорость объекта, площадь поперечного сечения объекта и коэффициент сопротивления. Коэффициент лобового сопротивления – это число, которое относится к аэродинамике объекта, у куба и шара есть.

Объект, падающий на Землю, в конце концов (если он будет падать достаточно долго) достигнет скорости, при которой сила сопротивления равна силе тяжести, тянущей его вниз. Это называется Конечная скорость , и вы можете получить для нее выражение, приравняв силу сопротивления к, а затем переставив на:

Для человека, падающего в воздухе (сверху), у нас есть 70 кг, площадь 0,5 м и коэффициент лобового сопротивления около 0,8 (приблизительное предположение где-то вокруг углового куба или цилиндра), мы получаем конечную скорость около 53 мс (что оказывается быть довольно хорошей приблизительной оценкой).

Это самый простой экземпляр в динамике.Тело движется по плоской поверхности по прямой. Например:

  1. Преподобный ведет машину, как вдруг двигатель перестает работать! Если он едет со скоростью 10 мс -1 , а его замедление составляет 2 мс -2 , сколько времени потребуется машине, чтобы остановиться?  

Хорошо, с такого рода проблемами всегда полезно перечислить то, что вы знаете. Нам даны начальная скорость, и ускорение,. Мы также знаем, что если машина собирается финишировать в состоянии покоя, эта конечная скорость должна быть 0 мс -1 . Мы хотим узнать время,. Лично я считаю, что лучше всего изложить эту информацию так:

u = 10 мс -1
v = 0 мс -1
a = -2 мс -2
t =? с

Отсюда видно, какое уравнение нам нужно. В этом случае мы видим, что нам нужно уравнение. Мы переставляем это так, чтобы получился объект, давая нам

Наконец, мы помещаем числа в уравнение:

.

 2. Майкл выходит на дорогу в 30 метрах от места, где двигатель не работает.Очки преподобного упали, и он не видит Майкла. Остановится ли машина вовремя, чтобы не сбить Майкла? 

Еще раз, лучше всего выложить всю имеющуюся у нас информацию:

u = 10 мс -1
v = 0 мс -1
a = -2 мс -2
t = 5 с
s =? м

На этот раз мы хотим найти смещение s, поэтому нам нужно выбрать уравнение с этим in. Я собираюсь использовать. Я мог бы использовать или, однако, поскольку нам не дали времени, а вместо этого мы разработали это самостоятельно, любая ошибка, сделанная в предыдущих расчетах, будет перенесена в эту.
Я снова перегруппирую уравнение, на этот раз сделав его предметом обсуждения. Это хорошая привычка, теперь это может не иметь большого значения, переставляете ли вы уравнение до или после ввода чисел, но с более сложными формулами это может стать действительно беспорядочным, если вы не измените его сначала. Также в экзаменационных ситуациях, если вы допустили ошибку, вы все равно можете получить оценки по методу, если экзаменатор видит, что вы сделали.
В любом случае, это дает нам

Подставляя числа в уравнение, получаем:

, чтобы Майкла не ударили! (Уф!)

В приведенном выше примере трение полностью проигнорировано.В реальном мире мы не можем этого сделать (очень удачно, потому что мы все время падали, и люди думали, что мы пьяны). А теперь давайте посмотрим на ситуацию с трением. Коэффициент трения обозначается символом μ. Результирующая (нормальная) сила веса уравновешивает вес автомобиля (чтобы он не проезжал по дороге). Сила трения равна μ (или μN).

 3. Автомобиль преподобного сломался на трассе М1. Ему нужно подтолкнуть его к твердому плечу. Автомобиль весит 5000Н.Rev может выдвинуть около 1800N. Коэффициент трения между автомобилем и дорогой составляет 0,6. Сможет ли Rev подтолкнуть машину к твердой обочине? 

Хорошо, сначала в такой ситуации хорошо нарисовать небольшой набросок того, что происходит.

Диаграмма сил, показывающая, что происходит в примере 3.

Из этого мы знаем, что для того, чтобы машина двигалась, Rev должен толкать с силой не менее μR. Просто умножив коэффициент трения на равнодействующую силу, мы обнаружим, что сила трения составляет 3000 Н, поэтому Rev не сможет толкнуть автомобиль на обочину дороги.

  4. Бодибилдер случайно проходит мимо и, пытаясь облегчить заторы на постоянно загруженном М1, он решает помочь. Он может толкать с силой 3200Н. Каким будет ускорение машины с учетом того, что бодибилдер и Rev.  
NB – Принять массу автомобиля 510 кг

Итак, на самом деле ситуация та же, что и раньше, только на этот раз силы не уравновешиваются и будет ускорение. Мы получили это от очень умного Исаака Ньютона.
Помните, что для определения общей силы необходимо убрать силу трения. Итак, это (3200 + 1800) – 3000. Таким образом, общая сила составляет 2000Н. Опять же, нам нужно изменить формулу, чтобы на этот раз в качестве испытуемого использовалось a . Это дает нам. Подставляя числа, получаем:

a = 3,9 мс -2 (2 с.ф.)

Это очень похоже на движение по плоской поверхности, только одна или две другие переменные … о, и мы больше не будем говорить об автомобиле Рев, так как я не уверен, что это поможет ему подняться в гору!

В любом случае, боюсь, я немного сбился с пути.Введение «наклонной плоскости» или «уклона», как ее называют большинство из нас, означает, что вам придется освежить свою тригонометрию. С другой стороны, вы узнаете, почему люди годами пытались вбить это в вас! Если вы знакомы со старым добрым порядком операций, все будет в порядке.

Итак, давайте начнем с простого простого примера.

Пример наклонной плоскости

На рисунке выше показан блок, стоящий на склоне. Хорошее место для начала (вероятно, единственное место, с которого можно начать, если вы хотите получить хоть какой-то шанс получить хоть что-нибудь с вопросом), – это объединить силы.Предполагая, что блок находится в состоянии покоя, мы знаем, что он находится в равновесии, поэтому горизонтальные силы должны быть равны, как и вертикальные силы (если это не один из тех прекрасных левитирующих блоков).

Снаряды

ничем не отличаются от Движения по прямой, просто вместо того, чтобы тело двигалось слева направо, оно также движется вверх или вниз. Сначала рассмотрим типичный пример движения снаряда:

 Мяч брошен под углом 30 °. Имеет начальную скорость 20 мс  -1 .Найдите максимальную высоту, которую может достичь мяч. 

Ладно, как обычно, рисуем диаграмму:

Пример движения снаряда

Теперь давайте перечислим то, что мы знаем:

  • u = 20 sin30 мс -1
  • v = 0 мс -1
  • a = -9,81 мс -2
  • с =? м

Теперь мы выбираем одну из кинематических формул, которая даст нам результат наиболее прямым путем, это:, и переставляем ее так, чтобы получился объект:

Затем, наконец, введите числа в уравнение:

и выскакивает ответ:

Смотри, не так ли сложно было? Вопросы о снарядах иногда могут показаться довольно сложными, но если вы не забудете просто использовать тригонометрию для нахождения компонентов x и y, вы не ошибетесь.{2} d \ Omega}, где – телесный угол.

Первый закон термодинамики

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите первый закон термодинамики.
  • Опишите, как сохранение энергии соотносится с первым законом термодинамики.
  • Укажите примеры первого закона термодинамики, работающие в повседневных ситуациях, включая биологический метаболизм.
  • Рассчитайте изменения внутренней энергии системы после учета теплопередачи и проделанной работы.

Рис. 1. Этот кипящий чайник представляет энергию в движении. Вода в чайнике превращается в водяной пар, потому что тепло передается от плиты к чайнику. По мере того, как вся система нагревается, работа выполняется – от испарения воды до свиста чайника. (кредит: Джина Гамильтон)

Если нас интересует, как теплопередача преобразуется в работу, тогда важен принцип сохранения энергии.Первый закон термодинамики применяет принцип сохранения энергии к системам, в которых передача тепла и выполнение работы являются методами передачи энергии в систему и из нее. Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в системе за вычетом чистой работы, выполненной системой. В форме уравнения первый закон термодинамики: Δ U = Q W .

Здесь Δ U изменение внутренней энергии U системы. Q – это чистое тепло , переданное в систему , то есть Q – это сумма всей теплопередачи в систему и из нее. W – это чистая работа , выполненная системой , то есть W – это сумма всей работы, выполненной в системе или ею. Мы используем следующие условные обозначения: если значение Q положительное, значит, в системе имеется чистая теплопередача; если W положительный, значит, система выполняет чистую работу.Таким образом, положительный Q добавляет энергию в систему, а положительный W забирает энергию из системы. Таким образом Δ U = Q W . Также обратите внимание, что если в систему передается больше тепла, чем проделанной работы, разница сохраняется как внутренняя энергия. Тепловые двигатели – хороший тому пример – в них происходит передача тепла, чтобы они могли выполнять свою работу. (См. Рис. 2.) Теперь мы рассмотрим Q , W и Δ U .

Рисунок 2.Первый закон термодинамики – это принцип сохранения энергии, установленный для системы, в которой тепло и работа являются методами передачи энергии для системы, находящейся в тепловом равновесии. Q представляет собой чистую теплопередачу – это сумма всех теплопередач в систему и из нее. Q положителен для чистой передачи тепла в систему. W – это общий объем работы, выполненной в системе. W является положительным, когда система выполняет больше работы, чем над ней.Изменение внутренней энергии системы Δ U связано с теплом и работой согласно первому закону термодинамики Δ U = Q W .

Установление связей: закон термодинамики и закон сохранения энергии

Первый закон термодинамики – это закон сохранения энергии, сформулированный в форме, наиболее полезной в термодинамике. Первый закон устанавливает связь между теплопередачей, проделанной работой и изменением внутренней энергии системы.

Нагрев

Q и Работа W

Теплопередача ( Q ) и выполнение работы ( W ) – два повседневных средства подачи энергии в систему или отвода энергии из системы. Процессы совершенно разные. Теплообмен, менее организованный процесс, обусловлен разницей температур. Работа – это вполне организованный процесс, в котором действует макроскопическая сила, действующая на расстоянии. Тем не менее, тепло и работа могут дать одинаковые результаты, например, оба могут вызвать повышение температуры.Передача тепла в систему, например, когда Солнце нагревает воздух в велосипедной шине, может повысить ее температуру, и поэтому может работать над системой, например, когда велосипедист нагнетает воздух в шину. Как только произошло повышение температуры, невозможно сказать, было ли оно вызвано теплопередачей или работой. Эта неопределенность – важный момент. Теплообмен и работа – это энергия в пути, и ни одна из них не сохраняется как таковая в системе. Однако оба могут изменять внутреннюю энергию U системы.Внутренняя энергия – это форма энергии, полностью отличная от тепла или работы.

Внутренняя энергия

U

Мы можем думать о внутренней энергии системы двумя разными, но последовательными способами. Первый – это атомно-молекулярная точка зрения, которая исследует систему в атомном и молекулярном масштабе. внутренняя энергия U системы – это сумма кинетической и потенциальной энергий ее атомов и молекул. Напомним, что кинетическая плюс потенциальная энергия называется механической энергией.Таким образом, внутренняя энергия – это сумма атомной и молекулярной механической энергии. Поскольку невозможно отследить все отдельные атомы и молекулы, мы должны иметь дело со средними значениями и распределениями. Второй способ взглянуть на внутреннюю энергию системы – с точки зрения ее макроскопических характеристик, которые очень похожи на средние атомные и молекулярные значения.

Макроскопически мы определяем изменение внутренней энергии Δ U как значение, определяемое первым законом термодинамики: Δ U = Q W .

Многие подробные эксперименты подтвердили, что Δ U = Q W , где Δ U – изменение полной кинетической и потенциальной энергии всех атомов и молекул в системе. Также экспериментально было определено, что внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а – не от того, как она достигла этого состояния . Более конкретно, U , как обнаружено, является функцией нескольких макроскопических величин (например, давления, объема и температуры), независимо от прошлой истории, например от того, была ли проведена теплопередача или была проделана работа.Эта независимость означает, что, зная состояние системы, мы можем рассчитать изменения ее внутренней энергии U на основе нескольких макроскопических переменных.

Установление соединений: макроскопическое и микроскопическое

В термодинамике мы часто используем макроскопическую картину при расчетах поведения системы, в то время как атомная и молекулярная картина дает основные объяснения в терминах средних значений и распределений. Мы еще раз увидим это в следующих разделах этой главы.Например, в теме энтропии расчеты будут производиться с использованием атомно-молекулярного представления.

Чтобы лучше понять, как думать о внутренней энергии системы, давайте рассмотрим систему, переходящую из состояния 1 в состояние 2. Система имеет внутреннюю энергию U 1 в состоянии 1 и имеет внутреннюю энергию. энергия U 2 в состоянии 2, независимо от того, как он попал в любое состояние. Таким образом, изменение внутренней энергии Δ U = U 2 U 1 не зависит от того, что вызвало изменение.Другими словами, Δ U не зависит от пути . Под путем мы подразумеваем способ добраться от начальной точки до конечной точки. Почему важна эта независимость? Обратите внимание, что Δ U = Q W . И Q , и W зависят от пути , а Δ U – нет. Эта независимость от пути означает, что внутреннюю энергию U легче учитывать, чем теплопередачу или проделанную работу.

Пример 1.Расчет изменения внутренней энергии: одно и то же изменение в

U производится двумя разными процессами
  1. Предположим, что теплопередача в систему составляет 40,00 Дж, в то время как система выполняет работу 10,00 Дж. Позже происходит передача тепла из системы на 25,00 Дж, в то время как в системе выполняется 4,00 Дж работы. Каково чистое изменение внутренней энергии системы?
  2. Каково изменение внутренней энергии системы, когда в общей сложности 150,00 Дж теплопередачи происходит из (от) системы и 159.00 Дж работы выполнено в системе? (См. Рисунок 3).

Рисунок 3. Два разных процесса производят одно и то же изменение в системе. (a) Всего в системе происходит передача тепла 15,00 Дж, в то время как работа потребляет в общей сложности 6,00 Дж. Изменение внутренней энергии составляет ΔU = Q − W = 9,00 Дж. (b) Теплопередача удаляет 150,00 Дж из система во время работы вкладывает в нее 159,00 Дж, увеличивая внутреннюю энергию на 9,00 Дж. Если система начинает работу в одном и том же состоянии в пунктах (а) и (б), она окажется в одном и том же конечном состоянии в любом случае – ее конечное состояние связано с внутренней энергией, а не с тем, как эта энергия была получена.

Стратегия

В части 1 мы должны сначала найти чистую теплопередачу и чистую работу, выполненную на основе данной информации. Тогда первый закон термодинамики (Δ U = Q W ) может быть использован для определения изменения внутренней энергии. В части (b) приведены чистая теплопередача и проделанная работа, поэтому уравнение можно использовать напрямую.

Решение для Части 1

Чистая теплопередача – это теплопередача в систему за вычетом теплопередачи из системы, или

Q = 40.00 Дж – 25,00 Дж = 15,00 Дж.

Аналогично, общая работа – это работа, выполненная системой за вычетом работы, выполненной в системе, или

Вт = 10,00 Дж – 4,00 Дж = 6,00 Дж

Таким образом, изменение внутренней энергии определяется первым законом термодинамики:

Δ U = Q W = 15,00 Дж – 6,00 Дж = 9,00 Дж

Мы также можем найти изменение внутренней энергии для каждого из двух шагов. Во-первых, рассмотрим теплопередачу 40,00 Дж и 10.00 Дж работы, или Δ U 1 = Q 1 W 1 = 40,00 Дж – 10,00 Дж = 30,00 Дж

Теперь рассмотрим 25,00 Дж теплоотдачи и 4,00 Дж работы на входе, или

Δ U 2 = Q 2 W 2 = –25,00 Дж – (- 4,00 Дж) = –21,00 Дж

Общее изменение – это сумма этих двух шагов, или Δ U = Δ U 1 + Δ U 2 = 30.00 Дж + (-21,00 Дж) = 9,00 Дж.

Обсуждение части 1

Неважно, смотрите ли вы на процесс в целом или разбиваете его на этапы, изменение внутренней энергии одинаково.

Решение для Части 2

Здесь чистая теплопередача и общая работа даны непосредственно как Q = –150,00 Дж и Вт = –159,00 Дж, так что

Δ U = Q W = –150,00 Дж – (- 159,00 Дж) = 9,00 Дж.

Обсуждение части 2

Совершенно другой процесс в части 2 дает то же 9.Изменение внутренней энергии на 00 Дж, как в части 1. Обратите внимание, что изменение в системе в обеих частях связано с Δ U , а не с отдельными задействованными Q s или W s. Система оказывается в том же состоянии в обеих частях. Части 1 и 2 представляют два разных пути, которыми должна следовать система между одними и теми же начальными и конечными точками, и изменение внутренней энергии для каждой из них одинаково – оно не зависит от пути.

Метаболизм человека и первый закон термодинамики

Метаболизм человека – это преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир.Метаболизм – интересный пример действия первого закона термодинамики. Теперь мы еще раз посмотрим на эти темы с помощью первого закона термодинамики. Рассматривая тело как систему, представляющую интерес, мы можем использовать первый закон для изучения теплопередачи, выполнения работы и внутренней энергии в различных видах деятельности, от сна до тяжелых упражнений. Каковы некоторые из основных характеристик теплопередачи, выполнения работы и энергии в организме? Во-первых, температура тела обычно поддерживается постоянной за счет передачи тепла в окружающую среду.Это означает, что Q отрицательный. Другой факт: тело обычно работает с внешним миром. Это означает, что W положительный. В таких ситуациях тело теряет внутреннюю энергию, поскольку Δ U = Q W отрицательно.

Теперь рассмотрим эффекты еды. Прием пищи увеличивает внутреннюю энергию тела за счет добавления химической потенциальной энергии (это неромантичный взгляд на хороший стейк). Организм метаболизирует всю пищу, которую мы потребляем.По сути, метаболизм – это процесс окисления, при котором высвобождается химическая потенциальная энергия пищи. Это означает, что питание осуществляется в форме работы. Энергия пищи указывается в специальной единице, известной как калория. Эта энергия измеряется сжиганием пищи в калориметре, как и определяются единицы.

В химии и биохимии одна калория (обозначается строчной буквой c) определяется как энергия (или теплопередача), необходимая для повышения температуры одного грамма чистой воды на один градус Цельсия.Диетологи и наблюдатели за весом обычно используют диетических калорий, которые часто называют калориями (пишется с заглавной буквы , ° C). Одна еда Калория – это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на один градус Цельсия. Это означает, что одна диетическая калория для химика равна одной килокалории, и нужно быть осторожным, чтобы не путать их.

Опять же, рассмотрим внутреннюю энергию, потерянную телом. Эта внутренняя энергия может идти по трем направлениям – на теплопередачу, выполнение работы и накопленный жир (крошечная часть также идет на восстановление и рост клеток).Передача тепла и выполнение работы забирают внутреннюю энергию из организма, а пища возвращает ее. Если вы едите нужное количество пищи, ваша средняя внутренняя энергия остается постоянной. Все, что вы теряете на теплопередачу и выполнение работы, заменяется едой, так что в конечном итоге Δ U = 0. Если вы постоянно переедаете, то Δ U всегда положительный, и ваше тело сохраняет эту дополнительную внутреннюю энергию в виде жира. Обратное верно, если вы едите слишком мало. Если Δ U будет отрицательным в течение нескольких дней, то организм усваивает собственный жир, чтобы поддерживать температуру тела и выполнять работу, которая забирает у тела энергию.Именно так соблюдение диеты способствует снижению веса.

Жизнь не всегда так проста, как знает любой человек, сидящий на диете. Тело накапливает жир или метаболизирует его только в том случае, если потребление энергии меняется в течение нескольких дней. После того, как вы сели на основную диету, следующая будет менее успешной, потому что ваше тело изменит способ реагирования на низкое потребление энергии. Ваша основная скорость метаболизма (BMR) – это скорость, с которой пища преобразуется в теплообмен и работу, выполняемую, когда организм находится в полном покое. Организм регулирует базальную скорость метаболизма, чтобы частично компенсировать переедание или недоедание.Организм будет снижать скорость метаболизма, а не устранять собственный жир, чтобы заменить потерянную еду. Вы легче простужаетесь и чувствуете себя менее энергичным из-за более низкой скорости метаболизма, и вы не будете терять вес так быстро, как раньше. Упражнения помогают похудеть, потому что они обеспечивают теплообмен от тела и работы, а также повышают уровень метаболизма, даже когда вы отдыхаете. Снижению веса также способствует довольно низкая эффективность тела в преобразовании внутренней энергии в работу, так что потеря внутренней энергии в результате выполнения работы намного больше, чем проделанная работа.Однако следует отметить, что живые системы не находятся в тепловом равновесии.

Тело дает нам отличный индикатор того, что многие термодинамические процессы необратимы . Необратимый процесс может идти в одном направлении, но не в обратном, при заданном наборе условий. Например, хотя телесный жир может быть преобразован для выполнения работы и передачи тепла, работа, выполняемая телом, и передача тепла ему не могут быть преобразованы в телесный жир. В противном случае мы могли бы пропустить обед, загорая или спустившись по лестнице.Другой пример необратимого термодинамического процесса – фотосинтез. Этот процесс представляет собой поглощение растениями одной формы энергии – света – и ее преобразование в химическую потенциальную энергию. Оба применения первого закона термодинамики показаны на рисунке 4. Одно большое преимущество законов сохранения, таких как первый закон термодинамики, состоит в том, что они точно описывают начальную и конечную точки сложных процессов, таких как метаболизм и фотосинтез, без учета осложнения между ними.В таблице 1 представлена ​​сводка терминов, относящихся к первому закону термодинамики.

Рис. 4. (а) Первый закон термодинамики применительно к метаболизму. Тепло, передаваемое из тела (Q), и работа, выполняемая телом (W), удаляют внутреннюю энергию, в то время как прием пищи заменяет ее. (Прием пищи можно рассматривать как работу, выполняемую телом.) (Б) Растения преобразуют часть лучистой теплопередачи в солнечном свете в запасенную химическую энергию – процесс, называемый фотосинтезом.

Таблица 1.Краткое изложение терминов первого закона термодинамики, ΔU = Q – W
Срок Определение
U Внутренняя энергия – сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы. Можно разделить на множество подкатегорий, таких как тепловая и химическая энергия. Зависит только от состояния системы (например, P , V и T ), а не от того, как энергия поступает в систему.Изменение внутренней энергии не зависит от пути.
К Тепло – энергия, передаваемая из-за разницы температур. Характеризуется случайным движением молекул. Сильно зависит от пути. Q вход в систему положительный.
Вт Работа – энергия, передаваемая силой, перемещающейся на расстояние. Организованный, упорядоченный процесс. Зависит от пути. W , выполненный системой (либо против внешней силы, либо для увеличения объема системы), является положительным.

Сводка раздела

  • Первый закон термодинамики определяется как Δ U = Q – W , где Δ U – изменение внутренней энергии системы, Q – чистая теплопередача (сумма вся теплопередача в систему и из нее), а W – это чистая проделанная работа (сумма всей работы, проделанной в системе или ею).
  • И Q , и W представляют собой энергию в пути; только Δ U представляет собой независимую величину, которую можно хранить.
  • Внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а не от того, как она достигла этого состояния.
  • Метаболизм живых организмов и фотосинтез растений – это особые виды передачи тепла, выполнения работы и внутренней энергии систем.

Концептуальные вопросы

  1. Опишите фотографию чайника в начале этого раздела с точки зрения теплопередачи, проделанной работы и внутренней энергии. Как передается тепло? Какая работа и что делается? Как чайник поддерживает свою внутреннюю энергию?
  2. Первый закон термодинамики и закон сохранения энергии, как обсуждалось в «Сохранении энергии», явно связаны.Чем они различаются по рассматриваемым видам энергии?
  3. Теплопередача Q и выполненная работа W – это всегда энергия в пути, тогда как внутренняя энергия U – это энергия, запасенная в системе. Приведите пример каждого типа энергии и конкретно укажите, как он передается или находится в системе.
  4. Чем отличаются теплопередача и внутренняя энергия? В частности, что можно сохранить как таковое в системе, а что нет?
  5. Если вы сбежите по лестнице и остановитесь, что произойдет с вашей кинетической энергией и вашей начальной гравитационной потенциальной энергией?
  6. Объясните, как пищевая энергия (калории) может рассматриваться как молекулярная потенциальная энергия (в соответствии с атомарным и молекулярным определением внутренней энергии).
  7. Определите тип энергии, передаваемой вашему телу в каждом из следующих случаев: внутренняя энергия, теплопередача или выполнение работы: (а) купание в солнечном свете; (б) употребление пищи; (c) подъем на лифте на более высокий этаж.

Задачи и упражнения

  1. Как изменится внутренняя энергия автомобиля, если в его бак залить 12 галлонов бензина? Энергетическая ценность бензина составляет 1,3 × 10 8 Дж / галлон. Все остальные факторы, например температура в автомобиле, постоянны.
  2. Сколько тепла происходит от системы, если ее внутренняя энергия уменьшилась на 150 Дж, когда она выполняла 30,0 Дж работы?
  3. Система выполняет 1,80 × 10 8 Дж работы, в то время как 7,50 × 10 8 Дж теплопередачи происходит в окружающую среду. Каково изменение внутренней энергии системы при отсутствии других изменений (например, температуры или добавления топлива)?
  4. Каково изменение внутренней энергии системы, которая выполняет работу 4,50 × 10 5 Дж, а 3.00 × 10 6 Дж теплопередачи происходит в систему, а 8.00 × 10 6 Дж теплопередачи происходит в окружающую среду?
  5. Предположим, что женщина выполняет 500 Дж работы, и 9500 Дж передается в окружающую среду в процессе. а) Как уменьшается ее внутренняя энергия, если не меняется температура или потребление пищи? (То есть другой передачи энергии нет.) Б) Какова ее эффективность?
  6. (а) Сколько пищевой энергии человек усвоит в процессе усвоения 35.0 кДж работы при КПД 5,00%? б) Сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать постоянную температуру?
  7. (а) Какова средняя скорость метаболизма в ваттах человека, который усваивает 10 500 кДж пищевой энергии за один день? (б) Какое максимальное количество работы в джоулях он может выполнить без расщепления жира, предполагая максимальную эффективность 20,0%? (c) Сравните его производительность с дневной мощностью двигателя 187 Вт (0,250 лошадиных сил).
  8. (a) На сколько времени хватит энергии в стакане йогурта на 1470 кДж (350 ккал) у женщины, выполняющей работу с мощностью 150 Вт с эффективностью 20?0% (например, при неспешном подъеме по лестнице)? (б) Означает ли время, указанное в части (а), что легко потребить больше пищевой энергии, чем вы можете разумно ожидать, работая с упражнениями?
  9. (a) Женщина, поднимающаяся на памятник Вашингтону, усваивает 6,00 × 10 2 кДж пищевой энергии. Если ее КПД составляет 18,0%, сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать ее температуру постоянной? (б) Обсудите величину теплопередачи, указанную в (а). Это согласуется с тем, что вы быстро разминаетесь во время тренировки?

Глоссарий

первый закон термодинамики: утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в систему за вычетом чистой работы, выполненной системой

внутренняя энергия: сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы

метаболизм человека: преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир

Избранные решения проблем и упражнения

1.1,6 × 10 9 Дж

3. −9.30 × 10 8 Дж

5. (а) -1,0 × 10 4 Дж, или -2,39 ккал; (б) 5,00%

7. (а) 122 Вт; (б) 2,10 × 10 6 Дж; (c) Работа двигателя составляет 1,61 × 10 7 Дж; таким образом, двигатель производит в 7,67 раз больше работы, чем человек

9. (а) 492 кДж; (б) Такое количество тепла соответствует тому факту, что вы быстро согреваетесь во время тренировки. Поскольку организм неэффективен, выделяемое избыточное тепло должно рассеиваться через потоотделение, дыхание и т. Д.

Потенциальная энергия: формула упругости

Потенциальная энергия – это энергия, которая хранится в системе. Существует возможность или потенциал для его преобразования в кинетическую энергию. Упругая потенциальная энергия хранится в пружине, которая была растянута или сжата на расстояние x от ее положения равновесия. Положение x = 0 всегда должно быть положением, в котором пружина наиболее расслаблена. У пружин есть свои естественные «пружинные константы», которые определяют, насколько они жесткие.Буква k используется для жесткости пружины в единицах Н / м. Как и вся работа и энергия, единицей потенциальной энергии является Джоуль (Дж), где 1 Дж = 1 Н ∙ м = 1 кг · м 2 / с 2 .

потенциальная энергия = 1/2 (жесткость пружины) (расстояние от положения равновесия) 2

U = 1 / 2kx 2

U = потенциальная энергия пружины в определенном положении

k = жесткость пружины, характерная для пружины, в единицах Н / м.

x = расстояние, на которое пружина растягивается или сжимается от равновесия

Потенциальная энергия: вопросы по формуле упругости:

1) Пружина с жесткостью пружины k = 7,50 Н / м была растянута на 0,40 м от своего положения равновесия. Какая потенциальная энергия сейчас хранится весной?

Ответ: Пружина была растянута на x = 0,40 м от положения равновесия. Потенциальную энергию можно найти по формуле:

U = 1 / 2kx 2

U = 1/2 (7.50 Н / м) (0,40 м) 2

U = 0,60 Н ∙ м

U = 0,60 Дж

Упругая потенциальная энергия, запасаемая пружиной, когда она растянута на 0,40 м, составляет 0,60 Дж.

2) Пружина с жесткостью пружины k = 800 Н / м сжата, и в ней накоплено 196 Дж потенциальной энергии. На каком расстоянии от положения равновесия была сжата пружина?

Ответ: Жесткость пружины k = 800 Н / м, а потенциальная энергия U = 196 Дж.Чтобы найти расстояние, измените уравнение:

Таким образом, уравнение для определения расстояния, на которое была сжата пружина, имеет следующий вид:

x = 0,70 м

Пружина была сжата на 0,70 м, что привело к накоплению упругой потенциальной энергии U = 196 Дж.

термодинамика – Когда $ \ Delta U = nC_V \ Delta T $ истинно?

$ \ Delta U = nC_v \ Delta T $, применимо только для идеальных газов.

Удельная теплоемкость при постоянном объеме i, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного моля на 1 тыс. Долларов,

$ C_v = \ frac {\ Delta U} {n \ Delta T} $ $ \ tag1 $

Это соотношение не зависит от процесса, через который проходит идеальный газ. Это следует из того, что для идеального газа, частицы которого не взаимодействуют друг с другом, внутренняя энергия зависит только от кинетической энергии частиц. Потенциальная внутренняя энергия идеального газа равна нулю.

Единственный параметр, который может изменять внутреннюю энергию газа в кинетической энергии составляющих частиц, и единственный параметр, который может изменять кинетическую энергию частиц1, – это температура. Следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры.

Дополнительная информация –

Из кинетическая теория газов , Кинетическая энергия частиц идеального газа зависит только от температуры.

Для одноатомного идеального газа на один моль $ KE = \ frac {3} {2} RT $.

Согласно закону равнораспределения энергии, энергия, связанная с каждой молекулой системы на степень свободы системы, равна $ \ frac {1} {2} kT $. Для газа с $ f $ степенями свободы

$ Общая \ космическая энергия \ пространство, связанное с \ пространством \ пространство каждой \ космической молекулой = \ frac {f} {2} kT $,

(k – постоянная Больцмана, $ k = \ frac {R} {N_a} $).

Аналогично

$ Общая \ космическая энергия \ пространство, связанное \ пространство с \ пространством n \ пространством моль = \ frac {nf} {2} RT $.

Поскольку потенциальная энергия частиц системы $ ноль $, кинетическая энергия n моль газа, имеющего $ f $ степеней свободы, может быть задана как,

$ KE = \ frac {nf} {2} RT $,

Бесконечно малое изменение KE приведет к бесконечно малому изменению внутренней энергии (как указано выше),

$ dU = dKE $

$ dKE = nC_v dt $,

$ C_v = \ frac {dKE} {dT} $,

$ C_v = \ frac {nf} {2}

реалов

Подставляя это в уравнение $ (1) $,

$ \ Delta U = n \ frac {f} {2} R \ Delta T $ $ \ tag 2 $

Приведенное выше отношение является более общим, чем отношение с тегом $ (1) $,

Все эти вычисления предполагают отсутствие взаимодействия между частицами газа, но реальные газы действительно взаимодействуют друг с другом, т.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *