Идеал газдардың негізгі теңдеулері

24. Магнит өрісі — қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магнит моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды. Магнит өрісінің көздері — магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Бұл көздердің табиғаты бір: Магнит өрісі зарядталған микробөлшектердің (электрон, протон, ион), сондай-ақ, микробөлшектердің меншікті (спиндік) магнит моменті болуының нәтижесінде пайда болады (Магнетизм). Айнымалы магнит өрісі электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісінің кернеулік (Н) мен магнит индукциясы(В) — өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магнит моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды.

25. Термодинамиканың I бастамасы: жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштерге қарсы жұмыс атқаруына жұмсалады. Тд-ның бірінші бастамасының дифференциалдық түрдегі теңдеуі: δQ=dU+δA

Жұмыс пен жылу – термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процестерінің энергетикалық сипаттамасы. Идеал газ сыртқы күштерге қарсы жұмыс атқарса, элементар жұмыс оң болады: δA=Fdl=pSdl=pdV >0

Жүйе периодты түрде бастапқы күйіне қайтып оралып тұрса, оның ішкі энергиясы өзгермейді: яғни, қыздырғыштан берілетін энергиядан артық жұмыс атқаратын периодты түрде жұмыс істейтін жылу машинасының болуы мүмкін емес. 1 моль идеал газ үшін Тд-ның бірінші бастамасының теңдеуі: C_mdT=dU_m+pdV_m . Тұрақты көлемде берілген жылу ішкі энергияның артуына жұмсалады: C_vdT=dU_m

1 моль газдың ішкі энергиясының өзгеруі: dU_m=iRdT/2. Осыдан: C_v=iR/2. Изобарлық қызу процесінде: C_p= dU_m/dT+ pdV_m/dT . C_p= C_v+R -осы формула Майер формуласы д.а.: изобарлық C_p мольдік жылу сыйымдылығы изохорлық C_v мольдік жылу сыйымдылығынан мольдік газ тұрақтысы r шамасына артық. Майер теңдеуінің еркіндік дәрежелерінің саны арқылы жазылуы: C_p=(i+2)R/2

Карно циклі. Карно ішклінің пайдалы эсср коэффициенті. Егер жүмысшы дененің қыздырғыштан алынған жшіу молшері Q, ал оның Q₁- Q₂ мөлшері жүмысқа айналдырылатын болса, онда η=(Q₁-Q₂)/Q₁=1-Q₂/Q₁=1-T₂/T₁

Енді газды бастапқы қысымы p, мен көлемі V, болатын күйге алып келу үшін, оны адиабатты түрде, температурасы T, шамасына жеткенше сығамыз. Осы процесс кезінде мына теңдеу орындалады: (V₂/V₁)^γ-2=T₁/T₂. Енді газ бастапқы күйге келді, Карно циклі аякталды, газ жаңа циклді ба-стауға дайын. Атқарылған механикалық жұмыс: A=A₁+A₂=RT₁ln(V₁/V₂)-RT₂ln(V₃/V₄). Жалпы жұмыс: V₂/V₁=V₃/V₄; демек, A=R(T₁-T₂)ln(V₂/V₁). Q₁/T₁=Q₂/T₂

Сонымен, пайдалы әсер коэффициенті бірден кіші болады екен және кыздырғыш пен суытқыштың температураларының арасындағы қатынасқа төуелді болады. Қыздыргыш пен суытқыштың берілген температуралары кезінде жұмыс атқаратын жылу машинасының ПӘК-і қыздыргышы мен суытқышының температуралары дәл осындай болатын қайтымды Карно циклі бойынша жұмыс атқаратын машинаның ПӘК-нен артық бола алмайды.

26. Электромагниттік индукция құбылысының Фарадейлік және Максвелдік түсініктемесі. Электрмагниттік индукция –ток өткізетін тұйық контурда осы контурды қамтыған магнит өрісі өзгергенде индукциялық токтың (ЭҚК-нің) пайда болу құбылысы.

Фарадей заңы: электрмагниттік индукцияның электр қозғаушы күші (ЭҚК) контурды тесіп өтетін магнит индукциясының ағынының уақытқа байланысты өзгеру жылдамдығына тең болады. ε_i=-dФ/dt

Ленц ережесі: индукциялық ток өзінің магнит өрісі индукциялық токты тудырған магнит ағынының өзгерісін болдырмауға тырысатындай бағыталады.

dФ/dt>0, ε<0 және dФ/dt<0, ε>0

1831 жылы Фарадей ашқан электромагниттік индукция құбылысын терең зерттей отырып Максвелл мынадай қорытындыға келді: магнит өрісінің кез келген өзгерісі қоршаған кеңістңкте құйынды өріс туғызады. Фарадей тәжірибелеріндегі тұйықталған өткізгіште индукциялық ЭҚК-ін тудыратын құйынды өріс екен. Бұл құбылыстың ерекшелігі сол, құйынды электр өрісі тек өткізгіште ғана емес, бос кеңістікте де пайда бола алады. Кеңістіктің кез келген нүктелеріндегі магнит өрісі индукциясының ∆B/∆t кезінде құйынды электр өрісі туындайды. Электр өрісінің күш сызықтары магнит өрісінің күш сызықтарын орап қоршайды және оның жазықтығына перпендикуляр орналасады. Магнит индукциясы ∆B/∆t >0 артса, құйынды электр өрісі E кернеулік векторының бағыты сол бұранда ережесімен анықталады. Магнит индукциясы ∆B/∆t<0 кемігенде E кернеулік векторының бағыты оң бұранда ережесімен анықталады.

27. Термодинамиканың II бастамасы жүйеде өтіп жатқан процестің бағытын анықтауға мүмкіндік береді. клаузиус теңсіздігі мен энтропия ұғымы екінші бастаманы қайтымсыз процестер үшін тұйық жүйе энтропиясының арту заңы түрінде тұжырымдайды.

Екінші бастаманың басқа қорытындылары: 1) кельвин бойынша: нәтижесінде қыздырғыштан алынған жылу мөлшерін толығымен пара-пар жұмысқа айналдыратын циклдік процесті жүзеге асыруға болмайды; 2) клаузиус бойынша: нәтижесінде температурасы төмен салқын денеден температурасы жоғары қызған денеге жылу берілетін циклдік процесті жүзеге асыруға болмайды;

Тд-ның алғашқы екі бастамасы температурасы абсолют нөлге жақын жүйенің күйі туралы айқын сипаттама бермейді. Бұл жағдай термодинамиканың III бастамасымен толықтырылған (нернст-планк теоремасы): тепе-тең күйдегі барлық денелердің энтропиясы жүйенің температурасы абсолют нөлге жақындағанда нөлге ұмтылады.

28. Максвелл теңдеулерінің жүйесі. Өткен ғасырдың 60-шы жылдары Максвелл электр және магнит өрістері туралы Фарадей идеяларының негізінде көптеген эксперименттерінің нәтижелерін қорыта келе электромагниттік өрістің бірыңғай теориясын ашты. Максвелл ығысу тогын ашқаннан кейін өзінің электромагниттік теориясын тұжырымдап, оны мынандай төрт теңдеу арқылы берді

1.

Бұл теңдеу электр өрісінің көзі зарядталған бөлшектер мен қатар айнымалы магнит өрісінде болатынын көрсетеді.

2.

Бұл теңдеу магнит өрісінің көзі, ток пен қатар, айнымалы электр өрісі де бола алатындығын көрсетеді.

3. , . Гаусс теоремасы

4. векторы үшін Гаусс теоремасы. Екінші жағынан бұл теңдеу табиғатта магниттік заряд жоқ екенін көрсетеді.

Электрлік құбылыстарды толық сипаттау үшін, Максвеллдің макроскопиялық теңдеулерімен қатар Лоренцтің мынандай үш теңдеуін пайдаланылады:

, ,

Бұл теңдеулерді Лоренцтің материалдық теңдеулері дейді. Ол теңдеулер электрлік құбылыстардың механизмін түсіндіруге пайдаланылады. Максвелл теңдеулері электр және магнит өрістеріне қатынасты симметриялы емес. Статционар өріс үшін

, , ,

Бұл жағдайда электр өрісі мен магнит өрісі бір-біріне тәуелді емес. Электр өрісінің көзі тек зарядтар, магнит өрісінің көзі тек ток болады. Векторлық анализдегі Стокс, Гаусс теоремаларын пайдаланып,

Максвелл теңдеулерінің дифференциалдық түрін былай жазуға болады

, , ,

Кеңістікте заряд пен токтар бірқалыпты орналасса, онда Максвелл теңдеулерінің интегралдық және дифференциалдық түрлерін бірдей пайдалануға болады. Максвеллдің электромагниттік теориясының үлкен қорытындысы: жарық дегеніміз электромагниттік толқын деген тұжырымы.

29. Тасымалдау құбылыстары. Диффузия. Тасымалдау құбылыстары деп заттың жеке қабаттарының реттелген орын ауыстыру жылдамдығының, тығыздығының немесе температурасының біртекті емес жағдайларымен байланысты процестерді атайды. Термодинамикалық тепе-тең емес жүйелердегі қайтымсыз тасымалдау құбылыстары кеңістікте энергияның, массаның және импульстің тасымалдануын анықтайды. Қарапайым бір өлшемді құбылыстарда тасымалданатын физикалық шамалар тек бір декарттық координатаға тәуелді болады. жалпы жағдайда осі бойымен тасымалдау бағытын белгілеу қабылданған.

Диффузия деп газдардың, сұйықтардың немесе қатты денелердің жанасу аумағында олардың бөлшектерінің (атомдарының, молекулаларының) өздігінен араласып бір-біріне өту құбылысын айтады. Температура тұрақты болғанда химиялық таза газдарда диффузия берілген көлемнің жеке аумақтарындағы газ тығыздығының айырмашылығынан болады. Біртекті газдағы бір өлшемді диффузияда газдың массасы тығыздығы үлкен аумақтан тығыздығы аз аумаққа тасымалданады. тасымалдау процесі фик заңымен сипатталады: j_m=-Ddρ/dx. Мұндағы j_m-бірлік уақытта x осіне перпендикуляр жазық беттің бірлік ауданы арқылы тасымалданған зат массасына тең шама массалық ағынның тығыздығы деп аталады; D-диффузия коэффициенті; dρ/dx -жазық бетке перпендикуляр х тасымалдау бағытындағы бірлік ұзындықта зат тығыздығының өзгеру жылдамдығына тең шама тығыздық градиенті деп аталады. Минус таңбасы масса жүйенің тығыздығы төмен аумағына қарай тасымалданатынын көрсетеді. Диффузия коэффициенті тығыздық градиенті бірге тең болғандағы масса ағынының тығыздығына тең. идеал газдың МКТ-на сәйкес бұл коэффициент: D=<υ><l>/3. <υ>-жылулық қозғалыстағы молекуланың орта жылдамдығы;<l>-молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығы. Үш өлшемді диффузия жағдайында ρ=f(x,y,z) фик заңының формуласы мына түрде жазылады: j_n=-Dgradn.