Термодинамическая работа — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Под работой в термодинамике, в зависимости от контекста, понимают как действие обмена энергией между термодинамической системой и окружающей средой, не связанное с переносом вещества и/или теплообменом[1] (работа как способ/форма передачи энергии[2], работа как форма обмена энергией[3], работа как особый вид энергии в процессе перехода[4], то есть как функционал процесса, «не существующий» до процесса, после процесса и вне процесса[5]), так и количественную меру этого действия, то есть величину передаваемой энергии[1]. Общая черта всех видов термодинамической работы — изменение энергии объектов, состоящих из очень большого числа частиц, под действием каких-либо сил: поднятие тел в поле тяготения, переход некоторого количества электричества под действием разности электрических потенциалов, расширение газа, находящегося под давлением, и другие. Работа в различных ситуациях может быть качественно своеобразна, но любой вид работы всегда может быть полностью преобразован в работу поднятия груза и количественно учтён в этой форме
Исходное понятие работы термодинамика заимствует из механики. Механическая работа определяется как скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения точки приложения силы:
- δA=(F→dr→),{\displaystyle \delta A=({\overrightarrow {F}}{\overrightarrow {dr}}),}
где F→{\displaystyle {\overrightarrow {F}}} — сила, а dr→{\displaystyle {\overrightarrow {dr}}} — элементарное (бесконечно малое) перемещение[6]. Современная термодинамика, следуя Клаузиусу, вводит понятие обратимой или термодинамической работы. В случае простой термодинамической системы (простого тела) термодинамической работой называется работа сжимаемого тела в зависимости от абсолютного давления (p){\displaystyle (p)} и изменения объёма (dV){\displaystyle (dV)}:
- δA=pdV,{\displaystyle \delta A=pdV,}
или в интегральной форме:
- A1,2=∫12pdV=Pm(V2−V1).{\displaystyle A_{1,2}=\int _{1}^{2}pdV=P_{m}(V_{2}-V_{1}).}
Интегральное определение удельной термодинамической работы изменения объёма возможно лишь при наличии уравнения процесса в форме уравнения связи давления и удельного объёма рабочего тела.
В общем определении термодинамической работы любых тел и систем тел используется термин обобщённой силы Fi{\displaystyle F_{i}} как множителя пропорциональности между величинами элементарной работы δAi{\displaystyle \delta A_{i}} и обобщённого перемещения (обобщённой деформации, обобщённой координаты) dxi{\displaystyle dx_{i}}, где i=1,2,…n, n{\displaystyle i=1,2,…n,~n} — число степеней свободы:
- δA=∑i=1nFidxi.{\displaystyle \delta A=\sum _{i=1}^{n}F_{i}dx_{i}.}[7]
Величина работы зависит от пути, по которому термодинамическая система переходит из состояния 1{\displaystyle 1} в состояние 2{\displaystyle 2}, и не является функцией состояния системы. Это легко доказать, если учесть, что геометрический смысл определённого интеграла — площадь под графиком кривой. Так как работа определяется через интеграл, то в зависимости от пути процесса площадь под кривой, а значит, и работа, будет различна. Такие величины называют функциями процесса.
Несмотря на то, что до сих пор и в физической химии используется обозначение работы A{\displaystyle A}, в соответствии с рекомендациями ИЮПАК работу в химической термодинамике следует обозначать как W{\displaystyle W} [8]. Впрочем, авторы могут использовать какие угодно обозначения, если только дадут им расшифровку[9].
- ↑ 1 2 Физическая энциклопедия, т. 4, 1994, с. 193.
- ↑ Путилов, 1971, с. 51.
- ↑ Крутов В.И. и др., Техническая термодинамика, 1991, с. 19.
- ↑ 1 2 Герасимов, 1970, с. 25.
- ↑ Сычёв, 2010, с. 9.
- ↑ Валле, 1948, с. 145—146.
- ↑ Белоконь, 1954, с. 19, 21.
- ↑ англ. E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry», IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008), p. 56
- ↑ англ. E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry», IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008), p. 11
- Белоконь Н. И. Термодинамика. — Госэнергоиздат, 1954. — 417 с.
- Валле Пуссен. Лекции по теоретической механике. Т. 1. — 1948. — 339 с.
- Герасимов Я. И., Древинг В. П., Еремин Е. Н. и др. Курс физической химии / Под общ. ред. Я. И. Герасимова. — 2-е изд. — М.: Химия, 1970. — Т. I. — 592 с.
- В. И. Крутов, Исаев С. И., Кожинов И. А. и др. Техническая термодинамика / Под. ред. В. И. Крутова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1991. — 384 с. — ISBN 5-06-002045-2.
- Путилов К. А. Термодинамика / Отв. ред. М. Х. Карапетьянц. — М.: Наука, 1971. — 376 с.
- Сычёв В. В. Дифференциальные уравнения термодинамики. — 3-е изд. — М.: Изд-во МЭИ, 2010. — 251 с. — ISBN 978-5-383-00584-2.
- Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — 704 с. — ISBN 5-85270-087-8.
Работа в физике — это что такое?
Работа в физике — это величина, которую находят путем умножения модуля силы, перемещающей тело, на расстояние, на которое оно сдвинулось. В статье мы подробно рассмотрим ситуации, когда тело перемещается и остается неподвижным. Узнаем формулу работы и единицы ее измерения.
Силы, действующие на тело
Представим себе, что у нас есть нить, на которую подвешено тело. Со стороны нити на него действует сила упругости нити, обозначим ее F. Тело неподвижно, допустим, мы прикрепили нить к штативу. Нужно ли что-то делать, чтобы это состояние сохранялось сколь угодно долго? Нет. Хотя на тело действует сила, оно не двигается.
Работа в физике — это что такое? Прежде чем ответить на данный вопрос, рассмотрим ситуацию. Предположим, тело движется, но на него не действуют никакие силы. Например, если это шар в далеком космическом пространстве, вдали от всех звезд и галактик. Тогда сила их притяжения будет пренебрежимо мала. Изобразим схему.
Тело переместилось на некоторое расстояние s, но сила при этом отсутствует (F=0). Необходимо ли предпринимать какие-либо действия для того, чтобы тело продолжало двигаться? Нет. Это состояние может сохраняться сколь угодно долго. Это равномерное прямолинейное движение при отсутствии сил, действующих на тело.
Сила, производящая механическую работу
А теперь принципиально другая ситуация. Мы будем поднимать тот же шар. На него действует сила, она приложена к телу со стороны веревки. Величину перемещения шара обозначим буквой s, а силу — F. Будет ли шар сам подниматься? Нет, что-то должно его поднимать. Например, где-то должен работать электродвигатель. Но для того, чтобы он работал, с плотины должна падать вода, которая приводит к вращению турбины, к которой подключен генератор. По линии электропередач энергия должна передаваться в двигатель, а он — работать и поднимать груз. То есть перемещение не может реализоваться само по себе.
Физики говорят, что в первых двух случаях сила не выполняет никакой механической работы. В третьем случае работа выполняется. Чем она производится? Силой F. В физике работа — это величина. А раз так, то она может меняться в большую и меньшую сторону. Нетрудно догадаться, что если силу увеличить и перемещать тело на то же самое расстояние, то работа этой силы будет больше. Как можно увеличить силу? Например, взять шар в два раза тяжелее. Тогда работа увеличится вдвое. Следовательно, работа силы пропорциональна величине силы. Это закон.
Формула механической работы
Представим, что нам нужно поднять все тот же шар не на 50 см, а на 100 см. Необходимо совершить работу, чтобы поднять его сначала на первую половину дистанции, а затем на вторую. Всякий раз будет совершаться одинаковая работа, но общая работа будет в два раза больше. Значит, работа прямо пропорциональна расстоянию перемещения тела. Поэтому физики договорились обозначить величину F*s буквой А и назвать ее работой силы. Выражение F*s как раз и будет прямо пропорционально силе и перемещению тела.
A=F*s — это формула работы в физике. A — искомая величина силы, приложенной к телу, а s — путь, пройденный телом. Однако бывают ситуации, когда сила приложена к телу, а оно не перемещается. В нашем третьем случае тело перемещается в том же направлении, в котором приложена сила. Поэтому точнее будет сказать, что s — это перемещение тела в направлении действия силы. Сформулируем определение: работа в физике — это величина, равная произведению модуля силы на перемещение тела в направлении действия силы.
Единицы измерения
Посмотрим на определяющую формулу A=F*s. [А]=Н*м=Дж. Н — это ньютоны, Дж — джоули. Как понять, что из себя представляет 1 джоуль? Нарисуем схему, на которой изобразим силу, совершающую работу в один джоуль.
На рисунке показано первоначальное и конечное положение тела. Мы переместили его на расстояние 1 м. При перемещении к телу была приложена сила в один ньютон. А=1 Н*1 м=1 Дж. То есть один джоуль — это работа, совершаемая силой в один ньютон при перемещении тела, на расстоянии 1 м в направлении действия силы.
Один джоуль — это небольшая работа. Чтобы поднять килограммовую гирю на 10 см, нужно совершить работу в 1 джоуль. Чтобы поднять ее на метровую высоту, нужно совершить работу в 10 джоулей. Если говорить о работе подъемных кранов, то они поднимают тонны на десятки метров. Поэтому используют и другие единицы измерения работы: килоджоули, мегаджоули и т. д. 1 кДж=1000 Дж, 1 МДж=10^6 Дж. Стрелку настенных часов приводит в движения мотор. Он совершает работу, гораздо меньшую, чем один джоуль. Ее измеряют в милиджоулях. 1 мДж=0,001 Дж. Существуют и микроджоули. 1 мкДж=1*10^-6 Дж.
Работа (физика) — Википедија
Под работа во физиката се подразбира пренос на енергија од еден систем во друг. Овој пренос во класичната механика се врши со помош на дејството на сила долж некој пат. Во полето на конзервативните сили работата не зависи од обликот на патот, туку само од почетните и крајните точки.
Работата е скаларна величина. Според стандардот ISO 31-3 работата се означува со W (од англ. work), а се допушта и ознаката A.
Физичката величина (работа) што се добива од производот на силата и должината во физиката ја вовел научникот Гаспар Гистав Кориолис во 1830-тите.
Во најпрост случај, насоката на дејство на силата приложена на дадено тело се совпаѓа со насоката на неговото движење. Тогаш:
- A=Fs{\displaystyle A=Fs\,}
каде F и s се скалари. Единица мерка за работа во Меѓународниот систем на мерни единици е џул (J) и е еднаков на работата извршена од сила од њутн (N) при пренос на тело на растојание од еден метар (m):
1 J = 1 N . 1 m или J = N.m
Кога силите се во насока на движење на телото, работата е позитивна (W > 0):
A = F.s
Сили чија насока е спротивна на движењето на телото извршуваат негативна работа (W < 0):
A = — F.s
Силите насочени нормално на насоката на движење (на пример, силата тежа кога дадено тело се движи хоризонтално) не извршуваат работа (
A = 0
Прв случај, кога силата е насочена кон насоката на движење (A=F • s).
Втор случај, кога силата е насочена обратно од насоката на движење (A=-F.s).
Трет случај, кога силата е насочена нормално на насоката на движење (A=0).
Какие виды работы существуют в физике?
бесплатная и за деньги.
 Деление ядра — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии. (далее…)  |  Антониус Йоханнес ван ден Брук (нидерл. Antonius Johannes van den Broek; 4 мая 1870, Зутермер — 25 октября 1926, Билтховен) — нидерландский юрист и физик-любитель. Несмотря на отсутствие специального образования, получил несколько результатов, оставивших след в истории науки. Ему принадлежит первая формулировка положения о равенстве порядкового номера элемента в периодической системе заряду атомного ядра. С именем ван ден Брука связано возникновение ранних теоретических представлений о составе ядра, в частности, им была предложена протон-электронная модель ядерного строения. В своих работах он неоднократно пытался найти верный принцип расположения элементов в периодической системе и разработать метод вычисления всех возможных в природе изотопов. (далее…) Сергей Гайкович Матинян (арм. Սերգեյ Հայկի Մատինյան; 8 января 1931, Тбилиси — 8 сентября 2017, Дарем, США) — советско-американский физик-теоретик. Академик АН Армянской ССР (1990, член-корреспондент с 1982), доктор физико-математических наук (1966), профессор (1969). Работы Сергея Гайковича Матиняна посвящены слабым и сильным взаимодействиям, теории элементарных частиц, квантовой теории поля, ядерной физике высоких энергий, квантовой гидродинамике (теория сверхтекучести), вопросам нейтринной астрофизики. Матинян получил важные результаты в области оптики нейтральных K{\displaystyle K}-мезонов, фоторождения векторных мезонов, обнаружил нестабильность вакуума в квантовой хромодинамике, динамический хаос неабелевых калибровочных полей. (далее…) События
Родились
Умерли
 |