Учебно-методический комплекс по дисциплине: «физика» основная образовательная программа подготовки



страница7/17
Дата01.08.2016
Размер2.43 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   17

3.3. Тепловые машины


Термодинамика как наука развилась в начале XIX века из необходимости объяснить работу тепловых машин. Термодинамические расчеты необходимы при конструировании любых машин, способных производить работу. Тепловой машиной называется устройство, использующее тепловую энергию для совершения механической работы. В этом смысле и паровой двигатель, и атомный реактор эквивалентны.

Тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и охладителя рабочего тела. Охладителем, в конечном счете, служит окружающая среда. Тепловая машина работает по принципу замкнутого цикла, совершая круговой процесс. В ходе прямого цикла рабочее тело, например, пар, получив от нагревателя количество тепла Q1, расширяется от объема V1 до объема V3. Согласно первому закону термодинамики, это тепло расходуется на нагревание рабочего тела и на совершение механической работы

Q1 = E2   E1 + A13, (2.52)

где E2   E1 – изменение внутренней энергии рабочего тела при переходе из состояния 1 в состояние 3. При обратном цикле над газом производится работа: газ сжимается и передает охладителю количество тепла

  Q2 = E1   E2 + A31. (2.53)

Складывая оба уравнения, получим Q1   Q2 = A13 + A31 =A, где А – полная работа, совершенная машиной за один цикл.

Отношение полезной работы, совершенной машиной, к количеству полученного тепла составляет КПД тепловой машины

. (2.54)

Понятно, что КПД машины всегда меньше единицы, поскольку не все количество полученного тепла переходит в полезную работу.

В реальных тепловых машинах КПД, очевидно, еще меньше, так как часть тепла теряется безвозвратно в процессе работы машины. Для получения максимального КПД следует рассмотреть рабочий цикл, образованный обратимыми процессами. Этому требованию отвечает цикл (см. рис.), впервые рассмотренный французским ученым Карно. В качестве рабочего тела в цикле Карно рассматривается идеальный газ. Цикл Карно состоит из последовательных расширения и сжатия газа, причем каждый из процессов совершается сначала изотермически, а затем адиабатически. При прямом цикле тело по-прежнему сначала получает тепло, а затем отдает его. Достоинство цикла Карно состоит в том, что все процессы обратимы, и, следовательно, КПД такой машины будет максимальным.

Пусть газ расширяется изотермически, переходя из состояния 1 в состояние 2. При изотермическом процессе внутренняя энергия газа не изменяется, и количество полученного тепла Q1 равно работе А12. По формуле (2.38):



. (2.55)

На участке 2-3 газ расширяется адиабатически. На участке 3 4 он сжимается опять изотермически, для чего охладителю должно быть отдано тепло Q2. Работа на участке 3 4 равна   Q2, причем



. (2.56)

Наконец, на участке 4 1 газ адиабатически сжимается, возвращаясь к исходному состоянию. Воспользуемся уравнением адиабаты (2.42), заменив в нем, согласно уравнению состояния PV , на ν·RT. Уравнение адиабаты принимает вид:



TV γ 1 = const. (2.57)

Для процессов 2 3 и 4 1 цикла Карно отсюда следует:



.

Разделив первое уравнение на второе, получим V2/V1 = V3/V4. После подстановки этого выражения в (2.56) найдем:



. (2.58)

Подставляя (2.58) в формулу (2.54), получим выражение для КПД цикла Карно:



. (2.59)

Из формулы (2.59) следует, что КПД тепловой машины определяется только разностью температур нагревателя и холодильника. КПД не зависит ни от свойств рабочего тела, используемого в машине, ни от свойств самой машины. Полученный результат показывает, что при T1 T2 КПД машины равен нулю, т. е. машина не совершает работы. Работа максимальна (η = 1) при T2 = 0. Таким образом, машина тем выгоднее, чем ниже температура охладителя.



РАЗДЕЛ 4. Словарь терминов (глоссарий)

Глоссарий физических терминов

АБЕРРАЦИЯ

  1. АБЕРРАЦИЯ оптической системы. 2. АБЕРРАЦИЯ света.

А. оптической системы. Искажение изображения, создаваемого оптической системой.

А. света. Регистрируемое наблюдателем изменение направления светового луча, вызванное движением наблюдателя относительно источника света.

сферическая А. Аберрация оптической системы, вызванная использованием широких световых пучков.

хроматическая А. Аберрация оптической системы, вызванная применением немонохроматического света.

АБЛЯЦИЯ. Унос вещества с поверхности твердого тела потоком горячих газов, обтекающих эту поверхность.

АБСОРБЦИЯ Объёмное поглощение вещества из раствора или газовой смеси твёрдым телом или жидкостью.

АВТОВОЛНЫ. Автоколебательные процессы в средах с распределёнными параметрами, возникающие в результате потери устойчивости однородного состояния сред.

АВТОГЕНЕРАТОР Генератор колебаний с самовозбуждением.

АВТОИОНИЗАЦИЯ Процесс ионизации атомов в сильных электрических полях.

АВТОКОЛЕБАНИЯ В нелинейной диссипативной системе - незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником энергии, вид и свойства которых определяются самой системой.

АВТОКОЛЛИМАЦИЯ Ход световых лучей, при котором они, выйдя из некоторой части оптической системы параллельным пучком, отражаются от плоского зеркала и проходят систему в обратном направлении.

АВТОМОДУЛЯЦИЯ Пассивное управление добротностью оптического резонатора путём введения в него элементов, прозрачность которых меняется под действием светового излучения.

АВТОРАДИОГРАФИЯ Метод изучения распределения радиоактивных компонентов в исследуемом объекте наложением на него чувствительной к радиоактивным излучениям фотоэмульсии.

АВТОФАЗИРОВКА Автоматическое поддержание синхронности между движением пучка заряженных частиц и изменением ускоряющего их поля, обеспечивающее устойчивость пучка на орбите при ускорении частиц до высоких энергий в циклических ускорителях заряженных частиц.

АДАПТАЦИЯ глаза. Приспособление чувствительности глаза к изменяющимся условиям освещения.

АДГЕЗИЯ. Слипание разнородных твердых и жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями, обусловленное межмолекулярным взаимодействием.

АДИАБАТА Линия, изображающая на термодинамической диаграмме равновесный адиабатический процесс. Ударная А. Зависимость давления от объёма газа в ударной волне.

АДРОНЫ. Общее наименование элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях.

АДСОРБЦИЯ. Поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

АККОМОДАЦИЯ, зрительная. Приспособление глаза к ясному видению предметов, находящихся на разных расстояниях.

АККУМУЛЯТОР Устройство для накопления энергии с целью её дальнейшего использования.

электрический А. Аккумулятор, накапливающий под действием электрического тока химическую энергию и отдающий её по мере надобности в виде электрической энергии во внешнюю электрическую цепь.

АКСЕЛЕРОМЕТР Прибор для измерения ускорения.

АКСОИД Поверхность, описываемая в пространстве мгновенной осью вращения тела, вращающегося вокруг неподвижной точки.

АКТ распада. Радиоактивный распад одного атомного ядра.

АКТИВНОСТЬ

А. источника радиоактивного излучения. Отношение полного числа распадов радиоактивных атомных ядер источника к промежутку времени, в течение которого происходит это число распадов.

оптическая А. Способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения.

поверхностная А. Способность адсорбируемого вещества сильно снижать поверхностное натяжение адсорбирующего вещества.

термодинамическая А. Физическая величина, играющая роль эффективной концентрации и позволяющая описывать реальные системы с помощью уравнений для идеальных систем.

удельная А. Отношение активности источника радиоактивного излучения к массе вещества, содержащегося в источнике.

АКУСТИКА Область физики, исследующая генерацию, распространение и взаимодействие с веществом звуковых волн.

архитектурная А. Раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в помещениях, отражение и поглощение их поверхностями,

влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки.



молекулярная А. Раздел акустики, изучающий молекулярные процессы акустическими методами.

АКУСТООПТИКА. Раз дел физики, изучающий взаимодействие электромагнитных волн со звуковыми вол нами в твёрдых телах и жидкостях.

АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА. Область физики и техники, связанная с разработкой ультразвуковых устройств для преобразования и обработки радиосигналов.

АКЦЕПТОР. Дефект кристаллической решётки полупроводника, захватывающий электроны, обусловленный примесью или дислокацией.

АЛЛОТРОПИЯ. Существование химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, раз личных по своему строению и свойствам.

АЛЬБЕДО. Величина, характеризующая отражательную или рассеивающую способность поверхности тела по отношению к падающим на неё излучению или частицам.

АЛЬФА-ЛУЧИ. Вид излучения радиоактивных ядер, представляющий собой поток альфа- частиц.

АЛЬФА-РАСПАД. Само произвольное испускание аль фа- частиц радиоактивными ядрами.

АЛЬФА-СПЕКТРОМЕТР. Прибор для измерения энергии альфа- частиц, испускаемых радиоактивными ядра ми.

АЛЬФА-ЧАСТИЦА Ядро атома гелия, испускаемое некоторыми радиоактивными веществами.

АМПЕР Единица силы электрического тока в СИ.

АМПЕР-ВЕСЫ. Прибор для воспроизведения ампера.

АМПЕР-ВИТОК. Единица магнитодвижущей силы, определяемая произведением числа витков обмотки, по которой протекает электрический ток, на значение силы тока в амперах.

АМПЕРМЕТР м. Прибор для измерения силы электрического тока.

АМПЛИТУДА ж.

А. вероятности. см. волновая ФУНКЦИЯ.

А. колебаний. Наибольшее отклонение от среднего значения величины, совершающей гармонические колебания.

А. рассеяния. В квантовой теории - величина, количественно описывающая столкновения микрочастиц.

АНАЛИЗАТОР м.

амплитудный А. импульсов. Устройство для нахождения распределений амплитуд электрических импульсов от детекторов частиц.

магнитный А. Устройство для определения импульсов заряженных элементарных частиц по искривлению их траекторий, вызванному действием на частицы магнитного поля с известной магнитной индукцией.

оптический А. Прибор для анализа характера поляризации света.

А. спектра. Прибор для определения зависимости амплитуды от частоты в спектре колебаний какой-либо физической величины.

АНАСТИГМАТ м. Объектив, практически свободный от всех аберраций оптических систем.

АНГАРМОНИЗМ м. Отличие колебаний от гармонических колебаний, вызванное нелинейностью колебательной системы.

АНГСТРЕМ м. Внесистемная единица длины, употребляемая в атомной физике, равная 10-10м.

АНЕМОМЕТР м. Прибор для измерения скорости газовых потоков.

АНИЗОМЕТР м, магнитный. Прибор для определения магнитной анизотропии.

АНИЗОТРОПИЯ ж. Зависимость физических свойств тела или поля от направления.

Магнитная А. Неодинаковость магнитных свойств тела в разных направлениях.

оптическая А. Различие оптических свойств среды в зависимости от направления распространения света в ней и его поляризации.

упругая А. Зависимость упругих свойств вещества от направления, в котором происходит деформация.

АННИГИЛЯЦИЯ ЧАСТИЦ - процесс взаимодействия элементарной частицы с античастицей, в результате которою они превращаются и кванты поля, соответствующего виду взаимодействия этих частиц. Например, при аннигиляции электрона и позитрона возникают фотоны, т.е. кванты электромагнитного поля.

АНОД м. 1. Положительный полюс источника электрического тока. 2. Электрод прибора, соединяемый с положительным полюсом источника электрического тока. 3. Положительный полюс электролитической ванны. 4. Положительный электрод электрической дуги.

АНОМАЛИЯ ж.

гравитационная А. Разность между значениями силы тяжести, полученными из наблюдений и вычисленными по формуле нормального её распределения.

магнитная А. Отклонение значений магнитного поля Земли, полученных из наблюдений, от вычисленных из его нормального распределения.

А. силы тяжести. см. гравитационная АНОМАЛИЯ.

АНСАМБЛЬ м, статистический. Совокупность одинаковых физических систем многих частиц, находящихся в одинаковых макроскопических состояниях, в то время как микросостояния могут быть различными.

АНТИВЕЩЕСТВО с. Материя, построенная из античастиц.

АНТИНЕЙТРИНО с. Ней тральная элементарная частица, являющаяся античастицей по отношению к нейтрино.

АНТИПОДЫ м мн, оптические. Оптически активные кристаллы, существующие в двух формах с равной по величине, но противоположной по знаку вращательной способностью в одних и тех же условиях.

АНТИСЕГНЕТОЭЛЕКТРИК м. Диэлектрический кристалл, который, не являясь сегнетоэлектриком, обладает фазовым переходом с заметной аномалией температурной зависимости диэлектрической проницаемости и гистерезисом в сильных электрических полях.

АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ м. Магнетизм, при котором магнитные моменты атомов ли ионов в веществе анти параллельны, причём намагниченность в отсутствие магнитного поля равна нулю.

АНТИФЕРРОМАГНЕТИК м. Вещество, обнаруживающее антиферромагнетизм.

АНТИЧАСТИЦА ж. Элементарная частица, отличающаяся от соответствующей ей частицы знаком электрического заряда, магнитного момента или иной характеристики.

АПЕРТУРА ж. Диаметр отверстия, определяющего ширину светового пучка в оптической системе.

угловая А. Угол между крайними лучами конического светового пучка, входящего в оптическую систему.

АПОДИЗАЦИЯ ж. Искусственное перераспределение интенсивности в дифракционном изображении точечного источника света.

АПОСТИЛЬБ м. Внесистемная единица яркости.

АПОХРОМАТ м. Объектив, у которого после коррекции аберраций оптических систем остаточная хроматическая аберрация меньше, чем у ахромата.

АРЕОМЕТР м. Прибор для определения плотности жидкостей, действие которого основано на законе Архимеда.

АРОМАТ м. Характеристика типа кварка, включающая всю совокупность его квантовых чисел кроме цвета.

АССОЦИАЦИЯ ж молекул. Образование в растворах относительно неустойчивых групп молекул, в которых молекулы связаны ван-дер-ваальсовыми и другими сравнительно слабыми силами.

АСТЕРИЗМ м. Размытие рефлексов на Лауэграмме при деформации кристаллов.

АСТИГМАТИЗМ м. Аберрация оптической системы, при которой изображение точечного источника света представляет собой два взаимно перпендикулярных отрезка прямой линии, не лежащих в одной плоскости.

АТМОСФЕРА ж. 1. Газовая оболочка, окружающая Землю и некоторые другие планеты. 2. см. нормальная АТМОСФЕРА. 3. см. техническая АТМОСФЕРА.

нормальная А. Внесистемная единица давления, равная 101325 Па или 760 мм. рт. ст.



стандартная А. Международная условная атмосфера (1.), в которой распределение давления по высоте над поверхностью Земли рассчитано по барометрической формуле.

техническая А. Единица давления в системе единиц МКГСС.

физическая А. см. нормальная АТМОСФЕРА.

АТМОСФЕРИКИ м мн. Электрические импульсы, создаваемые радиоволнами, которые излучаются при разрядах молний.

АТОМ м. Наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

водородоподобный А. Атом, имеющий один электрон во внешней электронной оболочке (2.).

возбуждённый А. Состояние атома, в котором он имеет большую энергию, чем в основном состоянии.

А. отдачи. Атом, получивший при радиоактивном превращении его ядра кинетическую энергию, заметно превышающую энергию теплового движения частиц среды, в которой он находится.

АТОМИЗМ м. Учение о дискретном строении материи.

АТОМНАЯ БОМБА – бомба с ядерным зарядом, обладающая большой разрушительной силой. Ее действие основано на цепной ядерной реакции.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ (а.е.м.) – единица массы для выражения масс элементарных частиц, атомов и молекул. Одна а.е.м. равна 1/12 массы нуклида углерода 12 С, что соответствует 1,66- 10 -27кг.

АТОМНАЯ МАССА – масса атома, выраженная к атомных единицах массы (а.е.м.).

АТОМНОЕ ЯДРО – положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Состоит из протонов и нейтронов.

АТОМНЫЙ НОМЕР – порядковый номер элемента в Периодической системе Менделеева. Равен числу протонов в ядре. Определяет химические и большинство физических свойств атома.

АТОМНЫЙ РЕАКТОР -- см. ядерный реактор.

АТОМОХОД - корабль, имеющий в качестве основного источника энергии ядерную силовую установку. Обладает практически неограниченной дальностью плавания.

АХРОМАТ м. Объектив, у которого хроматическая аберрация полностью уст ранена для двух длин волн света, а для остальных значительно уменьшена.

АЭРОДИНАМИКА ж. Раз дел аэромеханики, изучающий законы движения газообразной среды и её взаимодействия с движущимися в ней твёрдыми телами.

АЭРОЗОЛЬ м. Дисперсная система, состоящая из мелких частиц, взвешенных в воздухе или в другом газе.

АЭРОМЕХАНИКА ж. Раз дел механики, изучающий равновесие и движение газообразных сред, и механическое воздействие этих сред на находящиеся в них твердые тела.

АЭРОСТАТИКА ж. Раз дел аэромеханики, изучающий условия равновесия газов и действия неподвижных газов на покоящиеся в них твёрдые тела.

АЭС (атомная электростанция) – электростанция, в которой ядерная энергия преобразуется в электрическую. В России 9 действующих АЭС (Белоярская, Билибинская, Балаковская, Калининская, Кольская, Курская, Ленинградская, Нововоронежская и Смоленская), доля которых в выработке всей электроэнергии в стране составляет 11%.

БЕККЕРЕЛЬ (Бк) – единица активности радионуклида в СИ. 1 Бк равен активности такого вещества, в котором за, 1 с происходит один акт распада. 1 Бк - 1 расп/с = 2,703- 10-11 Ки.

БЕЛЛА - индикатор внешнего гамма-излучения. Предназначен для оценки населением радиационной обстановки в бытовых условиях.

БЕТТА - излучение – электронное (позитронное) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях.

БЕТА-ЧАСТИЦА – электрон или позитрон, испускаемые ядрами при бета-распаде.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ РЕНТГЕНА (бэр) – внесистемная единица эквивалентной дозы, равная одной сотой зиверта: 1 бэр = 1 рад/К = 0.01 Гр/К

ВНЕШНЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ – облучение тела от находящегося вне его границ источника ионизирующего излучения.

ВНУТРЕННЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ – облучение при поступлении радионуклидов в организм с вдыхаемым воздухом, пищей или чрез поврежденную кожу.

ВОДОРОДНАЯ БОМБА – бомба с ядерным зарядом, действие которого основано на использовании энергии, выделяющейся при термоядерных реакциях.

ВОЗБУЖДЕННЫЙ АТОМ – состояние атома, в котором он имеет большую энергию, чем в основном состоянии.

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА – действие излучения, которое сопровождается поглощением энергии и возникновением возбуждения и ионизации атомом облучаемых тканей живого организма. Различные виды излучения обладают разными количествами энергии и разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма, состоящие в основном из легких элементов (Н, С, N, О).

ВОЗДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА - альфа-излучение имеет малую длину пробега, поэтому альфа-частицы не могут проникнуть сквозь наружный слой кожи. Опасность представляют частицы, которые с пищей или воздухом попадают внутрь организма.

ВОЗДЕЙСТВИЕ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА - бета-излучение обладает большой проникающей способностью, поэтому оно может проникать в ткани живого организма на несколько сантиметров.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА - под действием этого излучения, имеющего очень большую проникающую способность, происходит облучение практически всего тела.

ВСЕМИРНОЕ ВРЕМЯ среднее солнечное время начального меридиана, за который условно принимается меридиан обсерватории в Гринвиче (Великобритания) – гринвичский меридиан.

ВТОРАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ – минимальная скорость v2, необходимая для того, чтобы космический летательный аппарат вышел из сферы гравитационного действия Земли и стал искусственным спутником Солнца. У поверхности Земли v2 = 11,186 км/с. Ср. Первая космическая скорость, Третья космическая скорость.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ – один из основных законов термодинамики, согласно которому невозможно создать вечный двигатель второго рода. Имеет несколько эквивалентных формулировок, напр.: 1) невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы, эквивалентной количеству теплоты, полученной от нагревателя; 2) невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. В. з. т. выражает стремление системы, состоящей из большого числа хаотически движущихся частиц, к самопроизвольному переходу из состояний менее вероятных в состояния более вероятные. В системах, состоящих из небольшого числа частиц, происходят флуктуации – отклонения от В. з. т. См. также Первый закон термодинамики.

Каталог: umu-umk -> %D0%A4%D0%9C%D0%9E%D0%B8%D0%9F -> 050200.62%20%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%BE-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5
050200.62%20%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%BE-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 -> Практикум по решению физических задач Основная образовательная программа подготовки специалиста по направлению
050200.62%20%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%BE-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 -> Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М)Ф. 7 Физическая картина мира
%D0%A4%D0%9C%D0%9E%D0%B8%D0%9F -> Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 5 Концепции современного естествознания


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   17


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница