Механика Ньютона. Законы Ньютона.
Механика – раздел физики, изучающий законы изменения положения тел в пространстве и причины это вызывающие. Механика Ньютона базируется на трех законах и двух положений относительно природы пространства и времени. Первый закон Ньютона (закон инерции). Любое тело, при отсутствии воздействия на него сил или при их взаимной компенсации, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Второй закон Ньютона (закон ускорения). Ускорение, которое получает тело, прямо пропорционально воздействующим на него силам и обратно пропорционально массе тела. Масса – количество вещества, содержащегося в теле. Приведем пример, иллюстрирующий закон ускорения. При столкновении мяча с бейсбольной битой, мяч, как известно, приходит в движение. При этом, чем больше сила удара, тем с большим ускорением начнет двигаться мяч и, следовательно, тем большую скорость он приобретет за время удара. Третий закон Ньютона (закон противодействия). Тела взаимодействуют друг с другом с силами равными по модулю и противоположными по направлению (другая формулировка закона: сила действия равна силе противодействия). Так, если мы возьмем два динамометра и растянем их в противоположные стороны, то силы, с которыми мы их растягиваем, будут численно равны, но по своему направлению противоположны. Заслугой И.Ньютона является открытие им закона всемирного тяготения. Этот закон был сформулирован им на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли. На основе закона всемирного тяготения И.Ньютон сделал вывод, что для всех планет имеет место притяжение к Солнцу и что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Закон всемирного тяготения позволил объяснить причину орбитального движения планет и их спутников (при движении планет по окружности сила тяготения направлена перпендикулярно скорости планеты и поэтому она не «толкает» планету вперед, а искривляет ее траекторию)
|
|
|
Термодинамика У. Томсона
Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами. Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому. Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не должна равняться 0.
Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:
|
|
|
· Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (такой процесс называется процессом Клаузиуса).
· Постулат Томсона: « Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).
Понятие Энтропия. Вклад г. Гельмгольца в развитие учения о термодинамике.
Понятие энтропии в термодинамику ввел Клаузиус в 1865 г. Отметим, каким образом в современной термодинамике употребляется понятие энтропии, введенной Клаузиусом. Клаузиус вводит понятие энтропии через уравнение: dQ = dH + dL, (1) где Q – теплота получаемая (отдаваемая) телом извне, H – внутренняя теплота, L – работа, совершаемая телом
dQ =TdS
Величину S Клаузиус предложил назвать энтропией. Из сказанного ясно, что энтропия «в смысле Клаузиуса» - это некоторая величина, характеризующая количество теплоты, поглощенной или выделенной при определенной температуре. А т.к., Клаузиус всюду в своей работе отмечал, что «Во всех случаях, когда из теплоты появляется работа, тратится пропорциональное полученное работе количество тепла, и, наоборот при затрате той же работы получается тоже количество тепла» поэтому «Возможно превратить работу в теплоту и, наоборот, теплоту в работу, причем обе эти величины пропорциональны друг другу. Приведенные в цитатах формулировки Клаузиус назвал «Первым началом термодинамики». Согласно Клаузиусу тепло – это один из видов энергии. Соответственно, энтропия по Клаузиусу – это величина, характеризующая энергетическое состояние. Причем величина TdS - это энергия.
|
|
|
«Описание равновесных термодинамических процессов может быть выполнено с помощью метода термодинамических потенциалов, разработанного в 1873-78 годах американским физиком-теоретиком Джозайя Уиллардом Гиббсом (1839-1903). Этот метод аналогичен использованию в механике потенциальной энергии для описания консервативных механических систем». Отметим ключевую фразу «аналогично потенциальной энергии в механике». При применении метода термодинамических потенциалов вводится две функции: энергия (потенциал) Гиббса и энергия (потенциал) Гельмгольца. Функция «F = U – TS называется энергией Гельмгольца или свободной энергией», а «величина TS называется связанной энергией» . А функция «G(T, p) = U – TS + pV является характеристической функцией в переменных Т и р и называется энергией Гиббса (термодинамический потенциал Гиббса)». Здесь всюду Т – температура; U – внутренняя энергия; S – энтропия; р – давление; V – объем. Легко видеть, что при отсутствии выполнения работы функция Гиббса сводится к энергии Гельмгольца. Причем все изменения энергии Гельмгольца могут происходить только за счет изменения внутренней энергии и энтропии. Также из вида функций Гиббса и Гельмгольца видно, что связанная энергия TS входит с обратным знаком, т.е. при увеличении энтропии S энергии Гиббса и Гельмгольца будут стремиться к минимуму, именно потому, что во все уравнения термодинамики свободная энергия входит с обратным знаком (-TS). Значение введения термодинамических потенциалов Гиббса и Гельмгольца состоит в том, что все процессы в термодинамике и в химии происходят в направлении уменьшения потенциалов Гиббса и Гельмгольца. А устойчивое равновесие наступает при минимуме энергии Гиббса или энергии Гельмгольца, а т.к. свободная энергии входит с обратным знаком (-TS), значит, устойчивое равновесие и химическое и термодинамическое наступает при максимуме энтропии, т.к. при этом свободная энергия с обратным знаком (-TS) будет минимальна. Сказанное полностью соответствует положению в механике, согласно которому устойчивое равновесие механической системы наступает при минимуме
|
|
|
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 203; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!