Какие работы проводятся при то 1: Плановое ТО-1 — Плановое ТО-2

Можно точно заметить, что рука официанта толкнула поднос вперед на короткое время, чтобы ускорить его от состояния покоя до конечной скорости ходьбы. Но как только достигнет скорости , лоток продолжит прямолинейное движение с постоянной скоростью без поступательной силы. И если единственная сила, действующая на лоток на стадии его движения с постоянной скоростью, направлена ​​вверх, то над лотком не совершается никакой работы. Опять же, вертикальная сила не совершает работы над горизонтально смещенным объектом.

В уравнении для работы перечислены три переменные — каждая переменная связана с одним из трех ключевых слов, упомянутых в определении работы (сила, перемещение и причина). Угол тета в уравнении связан с величиной силы, вызывающей смещение. Как упоминалось в предыдущем разделе, когда сила воздействует на объект под углом к ​​горизонтали, только часть силы способствует (или вызывает) горизонтальному смещению. Рассмотрим силу цепи, тянущей Фидо вверх и вправо, чтобы тянуть Фидо вправо. Только горизонтальная составляющая силы натяжения цепи вызывает смещение Фидо вправо. Горизонтальная составляющая находится путем умножения силы F на косинус угла между F и d. В этом смысле косинус тета в уравнении работы относится к причина фактор — это выбирает часть силы, которая фактически вызывает смещение.

При определении меры угла в рабочем уравнении важно понимать, что угол имеет точное определение — это угол между силой и вектором смещения. Обязательно избегайте бездумного использования любого угла в уравнении. Обычная физическая лаборатория включает в себя приложение силы для смещения тележки вверх по пандусу на верх стула или ящика. А сила приложена к тележке, чтобы переместить ее вверх по склону с постоянной скоростью. Обычно используются несколько углов наклона; тем не менее, сила всегда прикладывается параллельно наклону. Перемещение тележки также параллельно наклону. Поскольку F и d направлены в одном направлении, угол тета в уравнении работы равен 0 градусов. Тем не менее, у большинства студентов возникло сильное искушение измерить угол наклона и использовать его в уравнении. Не забывайте: угол в уравнении не просто любой угол . Он определяется как угол между силой и вектором смещения.

Иногда на движущийся объект действует сила, препятствующая перемещению. Примеры могут включать автомобиль, скользящий до остановки на поверхности проезжей части, или бейсбольный бегун, скользящий до остановки по грязи на приусадебном участке. В таких случаях сила действует в направлении, противоположном движению объекта, чтобы замедлить его. Сила вызывает не смещение, а мешает этому. Эти ситуации связаны с тем, что обычно называют негативной работой . минус отрицательной работы относится к числовому значению, которое получается, когда значения F, d и тета подставляются в уравнение работы. Поскольку вектор силы прямо противоположен вектору смещения, тета составляет 180 градусов. Косинус (180 градусов) равен -1, поэтому получается отрицательное значение количества работы, проделанной над объектом. Негативная работа станет важной (и более значимой) на уроке 2, когда мы начнем обсуждать взаимосвязь между работой и энергией.

Всякий раз, когда в физику вводится новая величина, обсуждаются стандартные метрические единицы, связанные с этой величиной. В случае работы (а также энергии) стандартной метрической единицей является Дж (сокращенно Дж ). Один джоуль равен одному ньютону силы, вызывающей перемещение на один метр. Другими словами,

На самом деле любая единица силы, умноженная на любую единицу перемещения, эквивалентна единице работы. Некоторые нестандартные блоки для работы показаны ниже. Обратите внимание, что при анализе каждый набор единиц эквивалентен единице силы, умноженной на единицу перемещения.

Таким образом, работа совершается, когда на объект действует сила, вызывающая его перемещение. Для расчета объема работы необходимо знать три величины. Этими тремя величинами являются сила, смещение и угол между силой и смещением.

Работаем каждый день. Работа, которую мы делаем, потребляет калории… эээ, мы должны сказать Джоули. Но сколько джоулей (или калорий) будет потребляться различными видами деятельности? Используйте виджет Daily Work , чтобы определить объем работы, который потребуется для бега, ходьбы или езды на велосипеде в течение заданного периода времени в заданном темпе.

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашей интерактивной программы It’s All Uphill Interactive. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивное приложение It’s All Uphill позволяет учащимся изучить влияние угла наклона на силу и работу, выполняемую при подъеме тележки в гору с постоянной скоростью.

Посетите: It’s All Uphill Interactive

Следующий раздел:

Перейти к следующему уроку:

Работа

Работа

Определение работы

Работа может быть определена как произведение силы, используемой для перемещения объект, умноженный на расстояние, на которое перемещается объект.

Ш = Ж x Г

Представьте себе систему, состоящую из образца аммиака, запертого в поршне и цилиндре, как показано на рисунке ниже. Предположим, что давление газа, давит на поршень просто уравновешивает вес поршня, так что объем газа остается постоянным. Сейчас считать, что газ разлагается с образованием азота и водорода, увеличивая количество газа частицы в контейнере. Если температура и давление газа остаются постоянными, это означает, что объем газа должен увеличиться.

2 NH ₃ ( г ) N ₂ ( г ) + 3 Н ₂ ( г )

Объем газа можно увеличить, частично вытолкнув поршень из цилиндра. Совершаемая работа равна произведению силы, действующей на поршень, на расстояние, на которое перемещается поршень.

ш = F x г

Давление ( P ), которое газ оказывает на поршень, равно силе (F) с которой он давит на поршень, деленный на площадь поверхности ( A ) поршня. поршень.

Таким образом, сила, действующая на газ, равна произведению его давления на площадь поверхности поршня.

F = P x A

Подстановка этого выражения в уравнение, определяющее работу, дает следующее результат.

w = ( P x A ) x d

Произведение площади поршня на расстояние, на которое перемещается поршень, равно изменение объема системы при расширении газа. Условно, изменение объема представлено символом В .

В = А х д

Таким образом, величина работы, совершаемой при расширении газа, равна произведению давление газа, умноженное на изменение объема газа.

| с | = П В

Джоуль — измерение теплоты и работы

По определению, один джоуль — это работа, совершаемая, когда сила в один ньютон используется для перемещения объект один метр.

1 Дж = 1 Н·м

Поскольку работа может быть преобразована в теплоту и наоборот, система СИ использует джоуль для измерять энергию в виде теплоты и работы.

Первый закон термодинамики: сохранение Энергия

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожен. Система может получать или терять энергию. Но любое изменение энергии системы должно сопровождаться эквивалентным изменением энергии его окружения, потому что полная энергия Вселенной постоянна. Первый закон термодинамики можно описать следующим уравнением.

E _унив = E _сис + E _доб = 0

(Индексы univ , sys и surr обозначают вселенную, системы и ее окружения.)

Внутренняя энергия

Энергию системы часто называют ее внутренней энергией , потому что она представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий частиц, образующих систему. Потому что отсутствие взаимодействия между частицами, единственный вклад во внутреннюю энергию идеального газа есть кинетическая энергия частиц. Внутренняя энергия идеального газа равна следовательно, прямо пропорциональна температуре газа.

(В этом уравнении R — постоянная идеального газа, а T — температура газа в единицах Кельвина.)

Хотя трудно, если вообще возможно, написать уравнение для более сложных системы, внутренняя энергия системы по-прежнему прямо пропорциональна ее температура. Поэтому мы можем использовать изменения температуры системы для мониторинга. изменение его внутренней энергии.

Величина изменения внутренней энергии системы определяется как разница между начальным и конечным значениями этой величины.

Е _сис = E _{окончательный} — E _{начальный}

Поскольку внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре, E положительна при повышении температуры системы.

Первый закон термодинамики: взаимопревращение тепла и работы

Энергия может передаваться между системой и ее окружением до тех пор, пока энергия энергия, полученная одним из этих компонентов Вселенной, равна энергии, потерянной другой.

Е _сис = — E _закр

Энергия может передаваться между системой и ее окружением в виде либо тепло ( q ) или рабочий ( w ).

Е _сис = д + ш

Когда тепло поступает в систему, это может привести к повышению температуры системы или работа.

q = E _сис — с

Правила знаков для связи между внутренней энергией системы и тепла , которое пересекает границу между системой и ее окружением, задано на рисунке ниже.

• Когда тепло, поступающее в систему, увеличивает температуру системы, внутренний энергия системы увеличивается, и E положительный.
• Когда температура системы снижается из-за выхода тепла из системы, E отрицательно.

Соглашение о знаках для соотношения между работой и внутренней энергией система показана в левой части рисунка ниже.

• Когда система воздействует на окружающую среду, энергия теряется, и E отрицательно.
• Когда окружение совершает работу над системой, внутренняя энергия системы становится больше, поэтому E положительный.

Соотношение между величиной работы, совершаемой системой при ее расширении, и изменение объема системы ранее описывалось следующим уравнением.

| с | = П В

На приведенном выше рисунке показано, что можно включить соглашение о знаках для работы расширения. записав это уравнение следующим образом.

w = — P В

Функции состояния

Когда уравнения связывают два или более свойств, описывающих гос. системы, они называются уравнениями состояния . Например, закон идеального газа уравнение состояния.

PV = нРТ

Функция состояния s зависит только от состояния системы, а не от путь, используемый для достижения этого состояния.

Температура является функцией состояния. Сколько бы раз мы ни нагревали, ни охлаждали, ни расширяли, сжать или иным образом изменить систему, чистое изменение температуры зависит только от на начальное и конечное состояния системы.

Т = T _{окончательный} — T _{начальный}

То же самое можно сказать об объеме, давлении и числе молей газа в образец. Все эти величины являются функциями состояния.

Теплота и работа являются , а не функциями состояния. Работа не может быть функцией государства, потому что она пропорциональна расстоянию, на которое перемещается объект, которое зависит от пути, по которому он двигался от начального до конечного состояния. Если работа не является функцией состояния, то теплота не может быть государственная функция либо. Согласно первому закону термодинамики изменение внутренняя энергия системы равна сумме переданной теплоты и работы между системой и ее окружением.

Е _сис = д + ш

Если E зависит не от пути перехода от начального состояния к конечному, а от количества работы зависит от используемого пути, количество отдаваемой или поглощаемой теплоты должно зависеть на пути.

Термодинамические свойства системы, являющиеся функциями состояния обычно обозначаются заглавными буквами ( T , V , P , E и так далее на). Термодинамические свойства, не являющиеся функциями состояния, часто описываются формулой строчные буквы ( q и w ).

Измерение тепла с помощью калориметра

Количество теплоты, выделяемой или поглощаемой в ходе химической реакции, можно измерить с помощью калориметр, как показано на рисунке ниже.

Поскольку реакция происходит в закрытом сосуде при постоянном объеме, никакая работа расширение происходит во время реакции. Теплота, выделяемая или поглощаемая в результате реакции, равна равно изменению внутренней энергии системы за время реакция:

Е _сис = q _В .

Количество теплоты, отдаваемое или поглощаемое водой в калориметре, может быть рассчитывается исходя из теплоемкости воды.