Глава ХI . Круговое движение.



 

 

Основные законы движения.

 

Особенности новой формы движения.

 

       Более сложным явлением, которое включает в себя все рассмотренные ранее, служит круговое движение. Суть любого кругового движения, т.е. кругового процесса, или цикла, состоит в том, что система периодически возвращается в исходное состояние. При этом суммарные количества подведенных и отведенных за цикл зарядов равны нулю.

       Круговое движение чрезвычайно широко распространено в природе. Например, принято говорить о круговороте воды в природе, о круговороте питательных веществ в почве и т.д. В технике также широко используются круговые процессы, или циклы. Например, во многих производствах вода участвует в круговом движении. В теплообменных устройствах теплоноситель часто работает в цикле, - в домашнем холодильнике, например, круговой процесс совершает специальный фреон. В тепловых двигателях основной процесс – круговой.

       Особенность кругового процесса заключается в том, что он может совершаться неограниченно долго, в то время как обычный непрерывный процесс подвода и отвода заряда вынужден рано или поздно прекратиться. Например, если к системе непрерывно подводить термический заряд, то она рано или поздно выйдет из строя – расплавиться, испариться и т.д. Если подвод термического заряда сочетать с его отводом, то такой периодический процесс, принципиально говоря, может длиться сколь угодно долго без вреда для системы и окружающей среды.

       Другая важная особенность кругового движения связана с тем, что возвращение системы в исходное состояние не обязательно сопровождается возвратом к начальному состоянию окружающей среды. В окружающей среде благодаря круговому процессу могут произойти существенные изменения, в частности может наблюдаться взаимное преобразование активностей различных форм движения.

       Рассмотрим более подробно количественную сторону отмеченных особенностей кругового движения.

 

Одна степень свободы.

 

       Для установления основных законов кругового процесса надо воспользоваться двумя первыми принципами общей теории – сохранения энергии и заряда.

       Если система перешла из состояния 1 в состояние 2, а затем вновь вернулась в исходное состояние 1, то суммарные изменения энергии и заряда в круговом процессе 1-2-1 будут равны нулю. Они определяются из выражений типа (17) и (99):

                                           = + = 0;                                         (768)

                                           = + = 0.                                         (769)

       Символом обозначена операция интегрирования по замкнутому контуру (круговой интеграл), цифры соответствуют пределам интегрирования.

       Формулы (768) и (769) говорят о том, что в процессах 1-2 и 2-1 совершаемые работы и перенесенные в прямом и обратном направлениях заряды равны между собой, т.е.

                                           = - дж;                                                 (770)

                                           = - .                                                            (771)

       Не только в системе, но и в окружающей среде после совершения кругового процесса 1-2-1 не происходит никаких изменений.

 

Несколько степеней свободы.

 

       Если система располагает несколькими (например, двумя) степенями свободы, то картина существенно изменяется. Подвод и отвод данного заряда может происходить при различных количествах второго. Благодаря имеющейся связи между степенями свободы в результате кругового процесса 1-2-1 система придет в исходное состояние, а в окружающей среде останутся изменения, которые могут быть найдены из выражений

                                           = + = 0;                                                  (772)

                                           = 0;                                                                           (773)

                                           = 0.                                                                           (773)

       Суммарное изменение энергии системы равно нулю – формула (772). В тривиальном случае каждая из работ тоже может быть равна нулю. Так будет, например, при поочередном подводе и отводе каждого из зарядов. Этот случай в принципе не отличается от предыдущего ( при n = 1).

       В общем случае каждая из работ не равна нулю. Такие условия возникают, например, когда первый заряд подводится к системе при одном содержании второго заряда, а отводится от нее – при другом. В этом случае

                                           = - ¹ 0.                                                            (774)

Приняв обозначения

                                           = Q1              дж;                                                 (775)

                                           = Q2             дж,                                                 (775)

получим

                                           Q1 = - Q2                дж.                                                 (776)

       В результате кругового процесса 1-2-1 в системе не происходит никаких изменений – ее заряды [формулы (773) и (774)], а следовательно, потенциалы и энергия остаются теми же, что были и до процесса. В окружающей среде общее количество зарядов и энергии тоже не изменяется, но тем не менее в ней происходят какие-то изменения, определяемые равенством (776). Предстоит разобраться в физическом смысле этого равенства.

 


Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 29;