Лекции.Орг


Поиск:




Электр өрісінің кернеулігі мен потенциал арасындағы байланыс




Потенциалды күш пен потенциалдық энергия арасында келесі байланыс болады:

                                                                                 

Күш пен потенциалдық энергия электр өрісін сипаттайтын шамалармен келесі түрде байланысады:

                                                       және

                                                                

Электр өрісінің кернеулігі теріс таңбамен алынған потенциалдың градиентіне тең болады. 

екенін ескерсек, скаляр түрде    

     Потенциалдары бірдей нүктелердің жиынтығын эквипотенциал бет деп атайды.

19. Сұйықтың қозғалысы. Ағынның сызыктары мен түтіктері. Ағыншаның үздіксіздік теңдеуі. Бернулли теңдеуі. Ішкі үйкеліс күштері. Ламинарлы және турбулентгі ағыс. Түтікшенің ішіндегі сұйықгың қозғалысы. Қуат және механикалық жұмыс. Газ бен сұйықтағы денелердің қозғалысы. Стокс формуласы.

Сұйықтардың қозғалысын зерттейтiн механиканың бөлiмiн –гидродинамика деп атайды.
Сұйық бөлшектерiнiң қозғалысын зерттеудiң екі тәсiлi бар.
1.Лагранж тәсiлi
Бұл тәсiлде әрбiр жеке сұйық бөлшегiнiң кеңiстiктегi қозғалыс заңдылығы зерттеледi.
2.Эйлер тәсiлi
Бұл тәсiлде кеңiстiктiң белгiлi бiр нүктесiнен өтетiн сұйық бөлшектерiнiң жылдамдығы қарастырылады.

Сұйық бөлшектерiнiң қозғалысы -ағыс, ал сұйықтың қозғалысы- ағын деп аталадыКез келген нүктесiнде жүргiзiлген жанама сол нүктедегi сұйық бөлшегiнiң жылдамдықтарымен сәйкес келетiн сызықтарды ағын сызықтары деп атайды. Ағын сызықтарының жиiлiгi сол жерде сұйықтың жылдамдығын көрсетедi..Сұйықтардың ағын сызықтарымен шектелген бөлігін ағын түтігі деп атайды.
Кез келген нүктесiндегi сұйықтың жылдамдығының шамасы менбағыты өзгермейтiн ағысты стационар ағыс деп атайды.
Ағыс сипатына байланысты екігебөлiнедi.
Егер сұйық қабаттары бiр-бiрiменараласпай, бiр-бiрiне параллель қозғалатын болса, мұндай ағыс –ламинар (қабатты) ағыс деп аталады.
Егер сұйық қабаттары бiр-бiрiменараласып иiрiлiп қозғалатын болса,мұндай ағыс – турбуленттi(иiрiмдi) деп аталады.

Сығылмайтын тұтқыр емессұйықты идеал сұйық деп, алсығылатын тұтқыр сұйық реал сұйық деп аталады.

 

Ағынның үздiксiздiк теңдеуi

Суреттегiдей түрде жалғастырыл-ған екi ыдыс алайық. Жоғарғы ыдыстағы сұйық  биiктiкке дейiн толтырылған делiк. Ендi екi ыдысты қосатын  шүмегiн ашсақ, онда сұйықтың бiразы жоғарғы ыдыстан төменгi ыдысқа ағып өтедi. Айталық,  уақыт iшiнде жоғарғы ыдыстағы сұйықтың деңгейi -ге төмендеп,

төменгi ыдыс толсын. Сұйық сығылмайды және үзiлмейдi деп есептесек, онда жоғарғы ыдыстан ағып кеткен сұйық көлемi мен төменгi ыдысқа құйылған сұйық көлемi тең болады:

,

мұндағы: - жоғарғы ыдыстың көлденең қимасы, - төменгi ыдыстың көлденең қимасы, бұл формуланың екi жағын -¹а бөлсек:    

немесе ,

мұндағы - жоғарғы ыдыстағы сұйық ағысының жылдамдығы, - төменгi ыдыстағы сұйық ағысының жылдамдығы. Сонда

.

Осы өрнектi ағынның үздiксiздiк теңдеуi деп атайды. Ыдыстың көлденең қимасының сұйық ағысының жылдамдығына көбейтiндiсi тұрақты шама болады.

Сұйық ағысының жылдамдығы ыдыстың көлденең қимасына керi пропорционал.

Бернулли теңдеуi

Идеал сұйықтың қозғалысын (ағысын) сипаттайтын өрнектi 1738 жылы Д.Бернулли (1700-1782) тұжырымдады. Бернулли энергияның сақталу заңын пайдалана отырып, сұйық қысымының жылдамдыққа тәуелдiлiгiн анықтады. 

Жалпы түрде алғанда Бұл теңдеу Бернулли теңдеуi деп аталады.

мұндағы: - динамикалық қысым, -гидравликалық қысым, 

р - статикалық қысым.                     

Статикалық қысым (р) сұйықтың қозғалысына тәуелсiз, ал динамикалық қысым сұйық қозғалысына тәуелдi болады. Ол сұйық тежелгенде айқын бiлiнедi. Гидравликалық қысым салмақсыздық кезiнде жойылады да, асқын салмақ кезiнде өсе түседi.

Горизанталь құбыр үшiн Бернулли теңдеуi:

.

Ішкi үйкелiс күшi

Сұйық қабаттары бiр-бiрiне қатысты қозғалғанда қабаттар арасында үйкелiс күшi пайда болады. Бұл iшкi үйкелiс күшi деп аталады. Ішкi үйкелiс күшiн анықтайтын формуланы Ньютон ашты. Сондықтан бұл формула iшкi үйкелiс күшi үшiн Ньютон формуласы деп аталады.

,

 

мұндағы: - пропорционалдық коэффициент немесе сұйықтың тұтқырлық коэффициентi. Өлшем бірлігі .

Сұйықтардың тұтқырлығы - сұйық тегіне және температураға тәуелдi.

Сұйық ағысының шарттары

Сұйық ағысы белгiлi бiр жылдамдықтың мәндерiнде ламинар ағысынан турбуленттi ағысқа айналады. Ағыстың қай түрi болуы сұйықтың тегіне, құбырдың өлшемдерiне және ағысының жылдамдығына тәуелдi болады. Сұйық ағысының шарты Рейнольдс (Re) санымен анықталады.

,

мұндағы: динамикалық тұтқырлық.

Егер, l=r (радиус)болса,  – ламинар ағыс,

                                     – турбуленттi ағыс,

Егер, l=d (диаметр) болса,  - ламинар ағыс,

                                      турбуленттi ағыс екенiн көрсетедi.

        - кинематикалық тұтқырлық.

 

Уат

Уақыт бірлігі ішінде істелінген жұмыстың сол уақытқа қатынасымен өлшенетін физикалық шама. Қуаттың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшем бірлігі – Ватт (Вт). Вт=Дж/с.

Жұмыс - күштің түсірілген нүктесінің орын ауыстыру бағытына проекциясының осы орын ауыстыру шамасына көбейтіндісіне тең күш әсерінің өлшемі.[1][2]

Біз қоршаған ортада қандай да бір күшпен (тартылыс, серпімділік, тебіліс т.б.) біріне-бірі әсер етуші денелерді кездестіреміз. Сонда денелер тек күштердің әсерінен орын ауыстырады. Олай болса, күштердің денелердің орын ауыстыруымен байланысты әсеріне сипаттама беру қажет болады. Механикада мұндай сипаттамаға физикалық шама алынады және күштің орын ауыстыру бойымен бағытталған құраушысы неғұрлым көп, әрі күш түскен нүкте алысырақ жылжыса, онда ол шама соғұрлым үлкен болады. Бұл шама физикада жұмыс деп аталады.

A = F s cos ⁡ α {\displaystyle A=Fs\cos \alpha \,\!}

 

Стокс заңы

Дене сұйық iшiнде қозғалғанда туындайтын құбылыстарды қарастырайық. Дене тұтқыр ортада қозғалғанда кедергi пайда болады, оның екi түрлi себебi бар. Дене аққыш пiшiндi және жылдамдығы аз болып, құйын пайда болмайтын жағдайда кедергi күшi тек сұйық тұтқыр болған себептен туындайды. Қатты денеге тiкелей жанасатын сұйық қабаты оның бетiне жабысады да, толығымен сол денеге iлеседi, ал одан кейiнгi қабат денеге iлесе шағын жылдамдықпен қозғалады. Сөйтiп, сұйық қабаттарының арасында үйкелiс күшi пайда болады. Бұл жағдайда Стокс тұжырымдаған заң бойынша кедергi күшi жылдамдыққа, тұтқырлық коэффициентiне және дененiң сызықтық өлшемдерiне тура пропорционал болады. Егер тұтқыр сұйық iшiнде шар тәрiздес қатты дене қоғалады десек, онда Стокс заңы бойынша кедергi күшi мынаған тең болады:

.

мұндағы: - сұйықтың тұтқырлық коэффициентi, - шардың радиусы, - оны» қозғалыс жылдамдығы.

20. Электростатикалық өрістегі өткізгіштер мен диэлектриктер. Диполь. Диэлектритердің поляризациялануы. Сегнетоэлектриктер.

Өткізгіштер – электр тогын өткізетін және еркін (бос) зарядтары (электрондар, иондары) бар заттар. Бұларға металдар жатады.

Өткізгіш ішіндегі электрондарға күш әсер еткендіктен − тең болғанша қысқа мерзімді ток пайда болады. сыртқы өріс кернеулігі, зарядтардың қайта бөлініп орналасуы кезінде туатын кернеулік.

Диэлектрик - электр тогын өткізбейтін, байланысқан зарядтары бар заттар. Бейтарап атомдардағы электр зарядтары (зарядталған бөлшектер: электрондар мен ядролар) бір-бірімен байланысқан болады да, заттың бүкіл көлемінде, өткізгіштердегі еркін зарядтар сияқты өріс әсерінен орын ауыстыра алмайды.

Полярлы диэлектриктер Полярсыз диэлектриктер

 

Электр өрісінде диполдар күш сызықтары бойымен бағдарланады. Диэлектриктер поляризацияланады. Байланысқан зарядтар диэлектрик ішінде сыртқы электр өрісін әлсірететін өріс туғызады. Күш сызықтардың бойымен бағдарланған дипольдар түзіледі. Диэлектриктер поляризацияланады
   

ішкі өріс тудырады өткізгіш ішінде өріс әлсірейді.

Заттың диэлектрик өтімділігі

-вакуумдегі электр өрісінің кернеулігі диэлектрик ішіндегі электр өрісінің кернеулігі. Диэлектрик ішінде электр өрісінің кернеулігі қанша есе азайғанын көрсетеді.

 

Диэлектриктің молекуласының құрылысына байланысты поляризация үшке бөлінеді:

1. Бағыттық поляризация

2. Иондық поляризация

3. Электрондық поляризация

· Бағыттық поляризация полярлы диэлектриктерде байқалады. Полярлы диэлектриктің молекулалары сыртқы электр өрісіне енгізілгенде электрлік моменттері сыртқы электр өрісімен бағыттас болатындай түрде орналасады.

· Электрондық поляризация – полярсыз диэлектриктерде байқалады, яғни сыртқы электр өрісіне енгізгенде полярсыз диэлектриктердегі оң және теріс зарядтар бір-біріне қатысты ығысады.

· Иондық поляризация – иондық кристалдарда байқалады.

Полярлы диэлектриктің поляризациясы абсолют температураға тәуелді.

 

Электрлік диполь

Бір-бірінен  қашықтықта орналасқан шамалары бірдей және таңбалары қарама-қарсы екі зарядтан тұратын электрлік жүйені электрлік диполь деп атайды.

 

      -q                                                 + q

 


      

                             

Электрлік дипольді сандық сипаттау үшін дипольдік момент немесе электрлік момент деп аталатын физикалық векторлық шама енгізілген.

Сегнетоэлектриктер — белгілі температуралар аралығында (сегнетоэлектрлік фазаға сәйкес) бағыты сыртқы әсерлер арқылы (электр өрісімен немесе механикалық кернеулермен) өзгертіле алатын спонтанды поляризацияланған кристалл диэлектриктер (соның ішінде сұйық кристаллы).

21. Идеал газдың молекулалы-кинетикалық теориясы. Статистикалық жэне термодинамикалық зерттеу әдістері. Идеал газдың тәжірибелік заңдары. Идеал газдың теңдеуі. Молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі.

Идеал газдың молекулалық – кинетикалық теориясының (МКТ) негізгі теңдеуінің екі жағын да мольдік көлемге көбейтейік

Менделеев-Клапейрон теңдеуінен шығатыны 

.

Теңдеулердің оң жақтарын теңестіре отырып, алатынымыз

                        (11.1)

Жаңа тұрақтыны (Больцман тұрақтысы) енгізейік

 

 , сонда,                   (11.2)

 

және

 

.

Қыздырылған және суытылған газ барлық басқа денелер сияқты өзінің температурасымен сипатталады. Сондықтан температура мен молекулалардың орташа кинетикалық энергиясының арасында байланыс бар деп айта аламыз. Ондай байланыс теңдеуі жоғарыда алынған.

 

                           (11.3)

Температураны тек жанама әдіспен ғана өлшеуге болады. Бұл әдіс тікелей және жанама өлшеулерге бағынатын дененің бірқатар физикалық қасиеттерінің температурадан тәуелділігіне негізделген. Мысалы, дененің температурасы өзгерген кезде оның ұзындығы, көлемі, тығыздығы, электр кедергісі, серпімділік қасиеттері қоса өзгереді. Оларды термометрлік шама деп атайды. Осы қасиеттердің кез-келгенінің өзгерісі температураны өлшеуге

 

негіз болып табылады. Ол үшін термометрлік дене деп аталатын бір дене үшін берілген қасиеттің температурадан функционалды тәуелділігі белгілі болса жеткілікті. Термометрлік денелердің көмегімен құрылатын температуралық шкалаларды

  эмпирикалық деп атайды.

11.1-сурет

Халықаралық жүзградустік шкалада  температура ºС-пен (Цельсия градусы) өлшенеді және t–мен белгіленеді. Қалыпты қысымда (1,01325·105 Па) мұздың еруі мен судың қайнау температуралары 0 ºС пен 100 ºС – қа тең деп есептелінеді.

Температураның термодинамикалық шкаласында температура Кельвинмен (К)  өлшенеді және Т мен белгіленеді.

А бсолют температу ра Т менжүзградустік шкала бойынша температураның арасындағы байланыс: Т=273,15+ t.

Т=0 (t=-273,150С) т емпература ның   абсолют н өлі деп аталынады..

Механикалық жүйенің і еркіндік дәрежелерінің саны деп оның кеңістіктегі орны мен конфигурациясын анықтайтын тәуелсіз координаталардың санын айтады.

Бір атомды молекула үшін і =3  , екі атомды молекула үшін і =5   , (3-ілгерілемелі, 2-айналмалы), үш атомды молекула үшін і =6     (3- ілгерілемелі, 3—айналмалы)

Больцманның энергияның еркіндік дәрежелер бойынша тең таралу заңы: егер термодинамикалық жүйе T температурада жылулық тепе-тең-дікте тұратын болса, онда ілгерілемелі және айналмалы еркіндік дәрежелерінің әрқай-сысына орташа алғанда бірдей кинетикалық энергия келеді,

 .                          (11.4)

Сонымен, молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы мынаған тең болу керек

,                         (11.5)

бұл жерде жалпы жағдайда ілгерілемелі, айналмалы және екі еселенген тербелмелі еркіндік дәрежелер сандарының қосындысы:

                    (11.6)

 

 

Дененің ішкі энергиясы – бұл молекулалардың жылулық қозғалысының 

кинетикалық энергиясы мен олардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының жиынтығы.

Идеал газдың бір моль мөлшері үшін оның ішкі энергиясы:

,          (11.7)

 

ал газдың кез-келген  массасы үшін

 

.                          (11.8)

Механикалық қозғалыстың энергиясы жылулық қозғалыстың энергиясына ауыса алады және керісінше. Осындай ауысу кезінде энергияның сақталу және түрлендірілу заңы орындалады. Термодинамикалық процестерге қатысты бұл заң термодинамиканың бірінші бастамасы болып табылады.

Ішкі энергиясы -ге тең кейбір жүйе (поршень астындағы цилиндрдегі газ) сырттан  жылу мөлшерін алып, сыртқы күштерге қарсы  жұмыс атқарсын. Сонда жүйе ішкі энергиясы -ге тең жаңа күйге ауысады.

Егер жылу жүйеге берілсе оң болып саналады, ал жұмыс  оң болу үшін ол сыртқы күштерге қарсы орындалу қажет.

Жүйе бірінші күйден екіншіге кез келген тәсілмен ауысқанда энергияның сақталу заңына сәйкес ішкі энергияның  өзгерісі бірдей болады да мынаған тең:

, немесе

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

 

Термодинамиканың бірінші заңының дифференциалды түрі:

 

,       

                 (11.9)

мұндағы - толық дифференциал, ал және толық дифференциал емес.

Күй функциясы дегеніміз жүйе бір күйден екіншіге ауысқанда өзгерісі осы ауысуға сәйкес келетін термодинамикалық процестің түріне тәуелсіз болатын және бастапқы күймен соңғы күйдің параметрлерінің мәндерімен толық анықталатын жүйенің физикалық сипаттамасы. Күй функциясына ішкі энергия жатады.

Жүйенің істейтін жұмысы және оның алған жылу мөлшері жүйенің бір күйден екінші куйге ауысу жолына тәуелді, сондықтан олар процесс функциясына жатады. Осыған байланысты, жүйенің әр түрлі күйдегі ие болатын жұмысы немесе жылу қоры туралы айтудың мағынасы жоқ. 

 

Мысалы,

 

,       ,                    

 

Егер жүйе бастапқы күйге қайтып оралатын болса, оның ішкі энергиясының өзгерісі . Сонда .

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2018-11-11; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1597 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Бутерброд по-студенчески - кусок черного хлеба, а на него кусок белого. © Неизвестно
==> читать все изречения...

751 - | 828 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.007 с.