13. Действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Архимедова сила, причины ее возникновения. Условия плавания тел
Если на крючок динамометра подвесить тело и отметить его показания, а затем тело опустить в воду и снова отметить показания, то увидим уменьшение показаний динамометра (cм. рис., а, б). Значит, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная разности показаний динамометра и направленная вертикально вверх. Значение этой силы установил Архимед. Закон Архимеда. На тело, погруженное в жидкость (газ), действует направленная вертикально вверх выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости (газа), взятой в объеме погруженного в нее тела (или погруженной части тела): , где g - ускорение свободного падения, рЖ - плотность жидкости, VT - объем тела, погруженного в жидкость. Возникновение архимедовой силы объясняется тем, что с увеличением глубины растет давление жидкости (газа) (). Поэтому силы давления, действующие на нижние элементы поверхности тела, превосходят аналогичные силы, действующие на верхние элементы поверхности. На плавающие тела действуют силы: FA и FТЯЖ 1. Если FA < FТЯЖ (так как , , то ) значит, тело тонет. 2. Если FA = FТЯЖ (=,), то тело находится в равновесии на любой глубине. 3. Если FA > FТЯЖ (>,). то тело всплывает до тех пор, пока силы не уравновесятся. Приведенные выше соотношения применимы для плавающих судов и воздухоплавания.
14. Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Виды теплопередачи, их учет и использование в быту
При падении тел на Землю потенциальная энергия (ЕП) превращается в кинетическую (ЕК = тv2/2). При ударе тел о Землю механическая энергия превращается во внутреннюю.Внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается, если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц.Хорошую теплопроводность имеют металлы, у жидкостей теплопроводность невелика, и малую теплопроводность имеют газы. Степень теплопроводности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.Конвекция - это процесс теплопередачи путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции проявляется при отоплении и охлаждении жилых помещений, при образовании тяги в печных и заводских трубах, а также ветров в атмосфере.Излучение - это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных), видимых и других лучей. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (цвет одежды от времени сезона), в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).
15. Плавление кристаллических тел и объяснение этого процесса на основе представлений о строении вещества. Удельная теплота плавления
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Обратный процесс называется отвердеванием. Температура, при которой вещество плавится (отвердевает), называется температурой плавления (отвердевания) вещества. Температура плавления и отвердевания для данного вещества при одинаковых условиях одинакова.При плавлении (отвердевании) температура вещества не меняется. Однако это не значит, что в процессе плавления к телу не надо подводить энергию. Опыт показывает, что если подача энергии путем теплообмена прекращается, то прекращается и процесс плавления.При плавлении подводимая к телу теплота идет на уменьшение связей между частицами вещества, т. е. на разрушение кристаллической решетки. При этом возрастает энергия взаимодействия между частицами. Небольшая же часть теплоты при плавлении расходуется на совершение работы по изменению объема тела, так как у большинства веществ при плавлении объем возрастает.В процессе плавления к телу подводится некоторое количество теплоты, которая называется теплотой плавления: . Теплота плавления пропорциональна массе расплавившегося вещества. Величина (ламбда) называется удельной теплотойплавления вещества, она равна: . Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить единицу массы данного вещества при температуре плавления. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг.Количество теплоты, выделяющееся при отвердевании (кристаллизации) тела массой т, также определяется по указанной выше формуле:
16. Испарение и конденсация. Объяснение этих процессов на основе представлений о строении вещества. Кипение. Удельная теплота парообразования
Испарение - это парообразование, происходящее с поверхности жидкости. Разные молекулы жидкости при одной и той же температуре движутся с разными скоростями. Если достаточно «быстрая» молекула окажется у поверхности жидкости, то она может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют пар. Одновременно с испарением происходит перенос молекул из пара в жидкость. Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.Если нет притока энергии к жидкости извне, то испаряющаяся жидкость охлаждается. Конденсация пара сопровождается выделением энергии.Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости и от ее температуры, от площади ее поверхности, от движения воздушных масс (ветра) над поверхностью жидкости.Кипение - это испарение изнутри и с поверхности жидкости. При нагревании жидкости пузырьки воздуха (он растворен в ней) внутри нее постепенно растут. Архимедова сила, действующая на пузырьки, увеличивается, они всплывают и лопаются.Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как жидкость испаряется внутрь этих пузырьков.Температура кипения - это температура, при которой жидкость кипит. В процессе кипения при to = сопst к жидкости следует подводить энергию путем теплообмена, т. е. подводить теплоту парообразования (QП) : QП = r×т. Теплота парообразования пропорциональна массе вещества, превратившегося в пар.Величина - удельная теплота парообразования. Она показывает, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг.Наибольшая часть теплоты парообразования расходуется на разрыв связей между частицами, некоторая ее часть идет на работу, совершаемую при расширении пара.С ростом давления температура кипения жидкости повышается, а удельная теплота парообразования уменьшается.
17. Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых двигателей. Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия
Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Любой тепловойдвигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных элементов: рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе; нагревателя, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника, которым является атмосфера или специальные устройства (см. рис.).Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагревателя больше температуры холодильника. При совершении работы тепловыми двигателями происходит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количество теплоты QН от нагревателя, совершает работу A' и передает холодильнику количество теплоты QХ. В соответствии с законом сохранения энергии А' < QН - QХ. В случае равенства речь идет об идеальном двигателе, в котором нет потерь энергии.Отношение работы к энергии, которое получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия (КПД) h = ==; h < 1, так как QХ¹0.Паровая или газовая турбина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы многочисленных тепловых машин возникают тепловые потери, которые в конечном счете приводят к повышению внутренней энергии атмосферы, т. е. к повышению ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному изменению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем повышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.
18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды источников тока
Электризация тел при трении (соприкосновении) объясняется переходом части электронов с одного тела на другое. При этом первое тело заряжается положительно, а второе - отрицательно. Суммарный же заряд двух тел не изменяется, что является проявлением закона сохранения электрического заряда. Одноименно заряженные тела (или частицы) отталкиваются друг от друга, а разноименно заряженные - притягиваются. Каждый из взаимодействующих зарядов создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое изображают с помощью силовых линий (см. рис.). Это поле материально, непрерывно в пространстве, способно действовать на другие электрические заряды. Металл в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. В обычных условиях в соответствии с законом сохранения заряда металл электрически нейтрален. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны под действием электрических сил (притяжения и отталкивания) начнут двигаться упорядочение, т. е. преимущественно в одном направлении. Такое движение электронов называется электрическим током. Скорость движения электронов - до нескольких миллиметров в секунду, а скорость распространения электрического поля 300 000 км/с. Поэтому при создании электрического поля в проводнике все свободные электроны практически одновременно придут в упорядоченное движение. Для создания постоянного тока в проводнике необходимо в нем все время поддерживать электрическое поле. Электрическое поле в проводниках замкнутой электрической цепи создается и поддерживается с помощью источников постоянного тока. Наиболее широкое распространение в практике получили: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи. Принцип действия их разный, например, первые два вида источников тока преобразуют химическую, третий - механическую, четвертый - солнечную энергию в электрическую.
