Füüsika eksami konspekt (0)

Füsa eksami konspekt
1, Liikumise kirjeldamine
Taustsüsteem on mingi kehaga seotud ruumiliste ja ajaliste koordinaatide süsteem.
Kohavektor on vektor , mille alguspunkt ühtib koordinaatide alguspunktiga.
Trajektoor on keha või ainepunkti teekond liikumisel ruumis või tasandil. Trajektoori saab korrektselt kasutada ainult punktmassi korral.
Kiirus on vektoriaalne suurus, mis võrdub nihke ja selle sooritamiseks kulunud ajavahemiku suhtega (kiirusvektor on igas trajektoori punktis suunatud mööda trajektoori puutujat selles punktis).
Kiirendus on kiiruse muutus ajaühikus. (Kiirendusvektor lahutub kiirenevalt liikuva keha trajektoori igas punktis trajektoori puutuja sihiliseks tangentsiaalkiirenduseks ning sellega risti olevaks normaalkiirenduseks ehk tsentrifugaalkiirenduseks)
2,* Ühtlaselt muutuv sirgjooneline liikumine.
a= consT =>kolmikvalem,
Keha liigub sirgjoonelisel trajektooril, kusjuures tema kiirendus on nii suunalt kui suuruselt muutumatu ning samasihilise kiirusega. Realiseerub olukorras, kus keha liigub muutumatu jõu toimel (näiteks vabalangemine raskusjõu väljas).
, kus a-kiirendus, v-kiirus, t-aeg. Peale integreerimist saame
, kus v0-keha algkiirus ajahetkel t=0 Vastavalt kiiruse definitsioonile , seda uuesti integreerides saadakse teada koordinaadi sõltuvus ajast
3, Ringjooneline liikumine. (TÄHISED)
, kus
-sagedus (täispöörded ajaühikus), T – periood
, kus ω – nurkkiirus , φ – pöördenurk
, kus ε – nurkkiirendus
4*. Kõverjooneline liikumine.
Liikumine on kõverjooneline parajasti siis, kui esineb kiirendus, mille siht erineb trajektoori puutuja sihist
Tangentsiaalkiirendus iseloomustab kiiruse suuruse muutmist (suunatud piki trajektoori puutujat, puutuja suunaline) at=εr
Normaalkiirendus iseloomustab kiiruse suuna muutumise (liikumissuunaga risti, suunatud piki trajektoori normaali ) -
r - kõverusraadius =n+t
5, Newton kolm seadust.
Kehtivad ainult inertsiaalsüsteemides.
On 2 taustsüsteemi, mis liiguvad teineteise suhtes. Kui keha on ühe süsteemi suhtes paigal , siis teise suhtes liigub ta kiirenevalt. Järelikult ei saa Newtoni I seadus kehtida üheaegselt mõlemas süsteemis.
Newtoni I seadus: on olemas taustsüsteemid, kus kui kehale mõjuvad jõud on omavahel tasakaalus või puuduvad, siis keha liigub ühtlaselt sirgjooneliselt või seisab paigal.
Newtoni II seadus: kehale mõjuv resultantjõud on võrdne keha massi ja kiirenduse korrutisega.
F ⃗=ma ⃗, kus F on resultantjõud, a on keha kogukiirendus ja m on keha muutumatu mass.
Newtoni III seadus: kaks keha mõjutavad teineteist jõududega, mis on suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised. (F_12 ) ⃗=-(F_21 ) ⃗. Kui jõud mõjuvad erinevatele kehadele , ei saa neid kokku liita.
6, Galilei teisendused .
Invariantsed galilei teisendused. Seotud newtoni seadustega.
Galilei teisendus on Newtoni mehaanika reegel, mille abil saab siduda punktmassi koordinaate vaadelduna erinevates inertsiaalsetes taustsüsteemides. Kokkuleppeliselt võetakse paigalolev süsteem, x teljed langevad kokku
Punktmassi y ja z koordinaadid on paralleelsed, x koordinaadid erinevad.
x’=x-v0t ’=
y’=y
z’=z
t’=t
Galilei relatiivsusprintsiip – üleminekul ühest inertsiaalsüsteemist teise mehaanika seadused ei muutu. Kuna süsteemid on inertsiaalsed , siis ka Newtoni I seadus kehtib mõlemas.
7,* Impulss ja impulsi jäävuse seadus. d/dt=
Impulss ehk liikumishulk on füüsikaline suurus, mis võrdub keha massi(m) ja kiiruse(v) korrutisega. Süsteemi impulss võrdub kõigi süsteemiosade impulsside summaga
(kg*m/s)
Impulsi jäävuse seadus- kui piirata süsteemi teda isoleerides välisjõududest, siis süsteemi kuuluvate impulsside summa ei muutu ajas. Kehtib sõltumatuna energia jäävuse seadusest.
8, Mitteinertsiaalsed taustsüteemid liiguvad kiirendusega ning Newtoni I seadus ei kehti. Saame kirjeldada süsteemi nagu intersiaalsüsteemi, kui toome sisse inertsjõud (i=-m).
Tsentrifugaaljõuks on tsentrist välja suunatud jõud. F=mv2/r, r-raadius
Coriolise’i jõud - Maa peal liikumise hetkel sirgjooneliselt kiirenduseta liikuvate objektide trajektoorid on kõverjooned, kui nad kanda kaardile. Liikuv objekt hälbib põhjapoolkeral paremale ja lõunapoolkeral vasakule. Piki ekvaatorit liikuvaile objektidele Coriolisi efekt mõju ei avalda. c=2( x ) =m c
Inertsiaaljõud, kiirenevalt liikumine, Fi=-ma
9, Jõud.
Jõud on füüsikaline suurus, mis iseloomustab vastastikmõju tugevust. Jõudu määratleb tugevus ja suund.

Raskusjõud - jõud, millega Maa tõmbab enda poole temal asuvaid kehi, Maa poolt kehadele mõjuv gravitatsioonijõud (P=mg).
Toimub tõmme punktmasside vahel, Gravitatsioonikonstant G=6,67*10-11. Vastasmõju on äärmiselt nõrk.

Gravitatsioonijõud on jõud, mille kaudu avaldub gravitatsiooni nähtus. Kehtib punktmassidele! Gravitatsioonijõud avaldub kehade vastastikkuse tõmbumisena, see mõjub kehade massikeskmeid ühendava sirge sihil ning tõmbab neid teinetese poole.

Gravitatsiooniseadus Kaks masspunkti tõmbuvad üksteise poole jõuga, mis on võrdeline nende massidega ning pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga : (r on kehadevaheline kaugus, G- grav.konstant)

Elastsusjõud on keha kuju ja mõõtmete muutumisel tekkiv jõud, mis on vastassuunaline ja suuruselt võrdne jõuga, mis antud hetkel keha deformeerib. Elastsusjõudu kirjeldab Hooke 'i seadus, mis väidab, et kehas tekkiv elastsusjõud Fe on võrdeline keha pikkuse muutusega Fe = - kx , k –jäikustegur. Miinusmärk Hooke'i seaduses näitab, et elastsusjõud on deformeeriva jõu suhtes vastassuunaline. Jäikustegur näitab, kui suur elastsusjõud tekib keha pikkuse ühikulisel muutmisel.
Hõõrdejõud on liikumisele vastassuunaline takistusjõud , mis tekib kahe pinna kokkupuutel. F=μmg, kus μ –hõõrdetegur
10,* Töö, võimsus, kineetiline energia.
Töö (A) on füüsikaline suurus, mis iseloomustab ühelt füüsikaliselt objektilt teisele kanduva energia hulka(J – ühik) Kui jõud F on konstantne , liikumine on sirgjooneline, läbitud teepikkus on s ning jõu suuna ja liikumise suuna vaheline nurk on α, siis töö A avaldub korrutisena A=F·s·cosα. Erijuhul, kui jõu ja liikumise suund langevad kokku avaldub töö A=F·s. Teiste sõnadega, töö avaldub jõuvektori ja nihkevektori skalaarkorrutisena.
Gaasi kokkusurumiseks tehtav töö avaldub A= ∫ Fds
Võimsus näitab, kui palju tööd tehakse ajaühiku jooksul e töö tegemise kiirus. N= (kui aeg ei muutu) N=
Kineetiline energia - energia, mis on tingitud keha liikumisest teiste kehade suhtes, liikumisenergia . Ek= kulgliikumisel Pöördliikumisel , kus I – intermoment, ω-nurkkiirus
Jõu poolt sooritatud töö mõõdab kineetilise energia muutust.
Kulgliikumisel d=d, pöördliikumisel dA=d,
11, Potentsiaalne energia. 2
1
Jõuväli.joonis
0
Potentsiaalne energia on süsteemi energia, mis on tingitud keha asendist ja mõjust süsteemi teiste kehade suhtes. Samuti on see tingitud kõigi süsteemis olevatele kehadele vastastikku mõjuvatest jõududest välises jõuväljas. Seega võrdub süsteemi pot.energia pot.jõududega, mis mõjuvad süsteemi kõikidele osadele süsteemi üleminekul lähteolukorrast (nullnivoost). Nullkonfiguratsioonis loetakse süsteemi pot energia tinglikult nulliks. Nullpunkti valik võib olla suvaline , kuid tavaliselt võetakse maakera raskusväljas selleks maapind .
Potentsiaalseks energiaks nimetatakse energiat, mis kehadel on nendevahelise vastastikuse mõju tõttu. Näiteks maapinnalt üles tõstetud kehad mõjutavad üksteist gravitatsioonijõuga, deformeeritud keha osakesed mõjutavad üksteist elastsusjõuga. Maapinnalt üles tõstetud keha potentsiaalne energia Ep on määratud valemiga: Ep = m . g . h, kus Ep(J) - keha potentsiaalne energia; m(kg) - keha mass; h(m) - keha kõrgus maapinnast; g(m/s2) - raskuskiirendus . Kui kehad mõjutavad üksteist gravitatsioonijõuga, siis selle poolt tehtud töö võrdub potentsiaalse energia muudu vastandväärtusega: A = - (Ep2 - Ep1).
Jõuväli, punkti valimine, töö mis kulub selle ja teise punkti…, töö ei sõltu trajektoori kujust, sest töö mööda kinnist trajektoori on 0, Fx=- du/dx, gradient
Jõuväli - kui keha on asetatud niisugustesse tingimustesse, et igas ruumipunktis mõjuvtavad teised kehad teda jõuga, mis muutub seaduspäraselt ühest punktist teise, siis öeldakse, et see keha asub jõudude väljas.
12, mehaanilise energia jäävuse seadus
Energia jäävuse seadus. Kui süsteem on isoleeritud ja kõik seal mõjuvad jõud on konservatiivsed , siis koguenergia ajas on jääv.
Kineetiline energia- Kineetiline energia on energia, mis on tingitud keha liikumisest teiste kehade suhtes. Seda tähistatakse enamasti Ek. Energia mõõtühik SI-süsteemis on džaul (J). Klassikalises mehaanikas näidatakse, et kui keha massiga m liigub kulgevalt kiirusega v, siis tal on kineetilist energiat Ek=mv2/2
See võrdub tööga, mida selline keha on suuteline seismajäämiseni sooritama (energia ongi töö varu). Sarnase valemiga saab arvutada ka fikseeritud telje ümber pöörleva keha kineetilise energia:
Ek=Iw2/2 kus I on keha inertsimoment nimetatud telje suhtes ning w on nurkkiirus.
13, Pöördliikumise dünaamika põhiseadus .
= x , I=
Newtoni II seadusega analoogiline seadus pöördliikumisel. Seadus: Impulsimomendi muutus on võrdeline jõumomendiga ja toimub jõumomendi suunas. =I
Jõumoment on see põhjus, mis muudab keha impulsimomenti d / dt =
14, Töö ja energia pöördliikumisest
I*w2/2
Mehaaniline töö pöördliikumisel on esitatav jõumomendi ja pöördenurga korrutisena A = M . φ .
Nurkkiirusega ω pöörleval ja inertsimomenti I omaval kehal on pöördliikumisel kineetiline energia, mis avaldub kujul E = I ω 2/2
15, Impulsimoment ja tema jäävus .
= x , =I
Impulsimoment näitab pöörleva keha osade impulsside mõju pöörlemisele
Impulsimomendi jäävuse seadus väidab, et suletud kehade süsteemi impulsimoment on jääv suurus
16, Jäävusseadused mehhaanikas -
Impulsi jäävuse seadus- Impulsi jäävuse seadus on üks olulisemaid jäävusseaduseid füüsikas. See väidab, et igasuguse kehade süsteemi impulss on jääv, kui sellele süsteemile ei mõju väliseid jõude. Impulsi jäävuse seadus kehtib nii Newtoni mehaanikas, erirelatiivsusteoorias kui kvantmehaanikas. See kehtib sõltumatult energia jäävuse seadusest. P=m*v (vektoritega). SUMMA: Pi=P (vektoritega)
Impulsmomendi jäävuse seadus- Impulsimoment ehk pöördimpulss ehk liikumishulga moment on mehaanikas jääv suurus, mis on seotud pöördliikumisega. Seega isoleeritud süsteemis, väliste jõudude puudumisel, on osakeste süsteemi koguimpulsimoment jääv - viimane väide väljendab impulsimomendi jäävuse seadust.
energia jäävuse seadus- Mehaanilise energia jäävuse seadus on jäävusseadus mille kohaselt isoleeritud süsteemis, mille kehade vahel mõjuvad ainult konservatiivsed jõud, on süsteemi mehaaniline koguenergia muutumatu. Konservatiivsete jõudude hulka kuuluvad näiteks gravitatsiooniväli (raskusjõud), staatiline elektriväli, elastsusjõud (vedru) jms. Näiteks keha vabal langemisel Maa raskusjõu väljas muundub potentsiaalne energia kineetiliseks , kuid nende summa jääb muutumatuks.
Ek= mv2/2, E=Ek+Ep, isoleeritud ja ainult pot jõud, Summa Ei=consT
17, Harmooniline võnkumine
x=r*cos x, ᵨ=w*t, ω=2 π/T x=r*cos(wt+ Fi0) Hälve ja faas
+ω2x=0 harmooniline ostsillaator
Harmooniline võnkumine on võnkumine, milles võnkuv suurus muutub ajas sinusoidaalse seaduspärasuse järgi (saab kirjeldada sin-funktsiooni või cos-f-i abil).
x = A sin(ωt+ϕ0), kus x-hälve tasakaaluasendist, A-võnkeamplituud, ωt-võnkumise faas, φ0-algfaas. Siinusfunktsiooni periood on 2π.
18, Pendlid
M= I*E, kus m on jõumoment, I on inertsmoment ja E on nurkkiirendus
Vedrupendel
Vedrupendli periood T sõltub pendlikeha massist m ja vedru jäikusest k.
Mat. pendel – idealiseeritud süsteem, kus kaalutu ja venimatu niidi otsa on riputatud ainepunkt (pendli võnkeamplituudi muutmisel jääb pendli võnkeperiood samaks)
Matemaatilise pendli periood ei sõltu pendlikeha massist, vaid ainult pendli pikkusest l ja raskuskiirendusest g.
Füüsikaline pendel - suvalist keha, mis võib võnkuda mingi raskuskeset mitteläbiva telje ümber(pendli võnkeamplituudi muutmisel jääb pendli võnkeperiood samaks). Kõik looduses eksisteerivad võnkuvad kehad on füüsikalised pendlid
I on siin keha inertsimoment pöörlemistelje suhtes, m keha mass ja a pöörlemistelje ja masskeskme vaheline kaugus
19, Võnkumiste liitmine . ( harmooniliste )
Keha võib samaaegselt osaleda kuitahes mitmes võnkumises. Koguliikumise saame, kui liidame kõik need võnkumised , arvestades liikumissuunda. võnkumiste liitmine suundade järgi kahele põhijuhule: samasihiliste ja ristuvate võnkumiste liitmisele.
Samasihilised võnkumised: A2=A12+A22+2A1A2cos() , - faasivahe, A- amplituudid
Ristuvad võnkumised(üldine ellipsi võrrand): , x ja y – hälbed ,
A-amplituudid, - faasivahe
20, Sumbuvad võnkumised.
F=–rv, r – takistustegur , F –takistusjõud, r- takistustegur.
Energia kadude puudumisel kestab võnkumine lõpmata kaua ja on harmooniline. Reaalses süsteemis pole aga mehaaniline energia jääv see tõttu võnkumine sumbub . X**+2Bx*+w02 =0
x=A0e^βtcos(wt+ϕ0)
β-sumbetegur, A0 – amplituud aja arvestamise alghetkel.
21, Sundvõnkumised ja resonants .
Sundvõnkumine on perioodiliselt muutuva välisjõu tõttu toimuv võnkumine. F=F0*cos wt kus β- sumbuvustegur , ω0 -süsteemi võnkumise omasagedus, f0 –sundiv jõud
Resonants - nähtus, kus amplituud kasvab järsult, kui sundiva jõu sagedus läheneb süsteemi omavõnkesagedusele (võnkeamplituud saavutab max väärtuse)
22, Tasalaine (võrrand).
nim. lainet, mille samafaasipinnad on tasandid ξ=A*cos(ωt-kx), k=2 π/ λ
23, Seisev laine, keele võnkumine
Seisev laine- Seisulaine ehk seisev laine ehk seisevlaine on laine, mille korral võnkumiste energia levikut ei toimu. Seisulaine tekib juhul, kui laineid juhtiva keha otsale lähenev laine ning otsalt tagasi peegeldunud laine tugevdavad teineteist interferentsil. Seisulaine iga punkt võngub kindla amplituudiga. Punkte, kus amplituud on maksimaalne, nimetatakse seisulaine paisudeks. Punkte, mis ei võngu (amplituud = 0) nimetatakse seisulaine sõlmedeks . Laineid juhtiva keha otstel paikneb alati seisulaine sõlm. Seetõttu peab keha pikkusele L mahtuma täisarv m poollainepikkusi:
 (ν on lainete kiirus)
Kui m = 1, on tegemist põhitooniga, kui m > 1, siis vastava ülemtooniga.
f1+f2=2*A*cos kx*cos wt
24*, Doppler ’i efekt
nim. heli kõrguse olenevust allika liikumisest vastuvõtja suhtes, lainepikkuse muutus on võrdeline laineallika kiirusega vaatleja suhtes. Kui heliallikas läheneb vastuvõtjale, siis heli kõrgus suureneb, kui kaugeneb vastuvõtjast, siis heli kõrgus väheneb.
Doppleri efekti võib kogeda näiteks kui rong mööda sõidab. Rongi poolt tekitatava heli kõrgus ehk sagedus tõuseb kui rong sõidab meie suunas. Meist möödudes aga helikõrgus langeb kiiresti. Doppleri efektil põhineb radarite võime hinnata liikuva objekti kiirust. Selleks tuleb hinnata radarist väljunud kiirguse ja objektilt peegeldunud kiirguse lainepikkuste erinevust.
Doppleri efekt on laialt kasutusel astronoomias. Selle järgi on hinnatud tähtede liikumiskiirusi ja Universumi paisumiskiirust.
u – hääle kiirus õhu suhtes, vv – vaatleja kiirus, vA hääle kiirus, -vastvõtja registreeritud sagedus, - allika sagedus
25, Heli ja hääl.
Hääl on kõris tekitatav ja suus kuuldele toodav heli, levib õhus pikilainetusena.
Heliks nimetatakse elastses keskkonnas levivat mehhaanilist võnkumist, mille sagedus asub vahemikus 16... 20 000Hz( infra -ultra). Helilained levivad vedelikes ja tahketes kehades niisama hästi kui gaasides . Helilainete edasikandumiseks peab olema mingi keskkond, seega vaakumis heli levida ei saa. Helitaset mõõdetakse detsibellides(dB).
Laine on võnkumiste ruumis levimine, mida põhjustab võnkeallika võnkumine. Kui võnkeallikas võngub harmooniliselt, siis on ka tekkiv laine harmooniline. Laine põhitunnuseks on energia edasikandmine.
26,* Gaaside kineetilise energia põhivõrrand
P=2/3 E*n
27*, Ideaalse gaasi olekuvõrrand.
Ideaalne gaas on selline gaas , mille osakesed on punktmassid ning mille vahel vastastikmõju puudub.
Ideaalgaasi võrrand seob omavahel gaasi olekuparameetreid.
pV=nRT, kus p-gaasi rõhk(Pa), V-gaasi ruumala (m3), n-gaasi moolide arv (mol), R-universaalne gaasikonstant 8,314 J/K*mol, T-gaasi temperatuur (K)
on siseenergia mõõt
28, Maxwelli ja Boltzmanni jaotus
Maxwell’i jaotus.
Maxwelli jaotus on diferentsiaalne jaotusfunktsioon , mis väljendab mingi kiirusega osakeste suhtelist hulka. Graafik näitab, missuguse osa molekulidest liigub antud kiiruse juures. (Maxwelli jaotus pole leitud katsest, vaid tuletatud matemaatiliselt) f(v,T) näitab, missugune osa kõigist molekulidest liigub antud kiiruse v juures võetud ühikvahemikus. vk-keskmine kiirus, vt- tõenäoseim kiirus, vrk- ruutkeskmine kiirus. f =A v2*
∫fdv
Baromeetriline valem.
Rõhu valem kõrguse järgi: p=ᵨ*R*T/ Baromeetriline valem , p – rõhk. Boltzmanni jaotus määrab osakeste jaotuse pot. energia järgi , n0 – molekulide kogutihedus, n – molekulide ruumtihedus, mille kiirus on suurem kiirusest v, m-molekuli mass, k-Boltzmanni konstant.
29, Termodünaamika I printsiip ja kuidas see seadus näeb välja isoprotsessides(kõigis neljas).
Termodünaamika I seadus sätestab, et keha siseenergia saab muutuda tänu soojushulgale, mis saadakse väliskeskkonnast ning tööle, mida süsteem teeb välisjõudude vastu. Termodünaamika I seadus valemi kujul: ∆U=Q-A, Q- soojushulk (J), ∆U-süsteemi siseenergia muut (J), A-töö (J)
Kõige lihtsam töö vorm on mehaaniline töö. Nt. Gaas teeb paisumisel tööd dA = pdV, kus p- gaasi rõhk, dV- ruumala muut.
Siseenergiaks nimetatakse keha võimet teha tööd sisemiste protsesside arvelt. ΔU=i/2*m/z*R*ΔT
Isoprotsess- oleku muutumist, milles mingit parameetrit iseloomustav suurus jääb muutumatuks

• isotermiline T=consT. ΔU=0 Q=A, p1V1=p2V2
  
• isokooriline V=consT. ΔU=Q A=0, p1/T1=p2/T2
  
• isobaariline p=consT. A=pΔV, ΔU=Q-A, V1/T1=V2/T2
  
• adiabaatiline (siis kui protsessi vältel ei ole süsteemil väliskeskkonnaga soojusvahetust) Q=0 ΔU=-A, p1V1 G=p2V2 G, G= i+2/i
  

30,* Erisoojus jääval rõhul ja jääval ruumalal.
Erisoojus jääval rõhul- Kui gaasi jääval rõhul soojendada, siis gaas paisub , tehes pos. tööd. Järelikult on sel juhul gaasi temp-i tõstmiseks tarvis rohkem soojust kui soojendamisel jääva ruumala korral (osa soojust kulub gaasi paisumistööks). Gaasi temp tõstmiseks on vaja rohkem soojust kui soojendamisel jääva ruumala korral.
Erisoojus Ce on soojushulk, mis kulub, et tõsta ühikulise massiga keha soojust ühe kraadi võrra. (J/kg*K)
Erisoojus jääval rõhul on suurem erisoojusest jääval ruumala universaalse gaasikonstandi võrra. Cp=Cv+R
31,* Adiabaatiline protsess ja adiabaadi võrrand.
Adiabaatiline protsess on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses. p1V1 ϰ =p2V2ϰ (adiabaatiline võrrand) ϰ- kapa ϰ= ,Q=0
A= Δu =-i/2 m/μ RΔT TV ϰ-1=consT. pV ϰ=consT.
Joonis. Adiabaatilisel protsessil muutub rõhk ruumala muutudes kiiremini kui isotermilisel protsessil. Isotermilisel jääb temp. muutumatuks gaasi soojendamise-jahutamise ajal, adiabaatilisel aga mitte. Lisaks ruumala suurenemisele paisumisel langeb adiabaatisel ka temp. On kaks rõhku alandavat tegurit isotermilise protsessi ühe asemel.
32, Soojusmasinad . Triviaalne soojusmasin . Osad – soojendaja, jahutaja, töötav keha.
Soojusmasin on masin, mis muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks. Soojusmasin võtab kuumalt kehalt soojushulga Q1, muudab osa sellest mehhaaniliseks tööks A ning annab ülejäänud osa Q2 ära külmemale kehale.
Ringprotsessiks nim protsessi, milles gaas pärast mitmes vaheolekus viibimist pöördub tagasi algolekusse.
Soojusmasina kasutegur näitab, kui palju kogu tööst muudab soojusmasin kasulikuks tööks, kasuteguri valem η=.
Carnot ’ masin, tsükkel .
Carnot masin on teoreetilise tähtsusega mudel. Masinal pole klappe ega gaasivahetust. Gaasi soojendatakse ja jahutatakse vaheldumisi niiviisi, et: 1) ringprotsess oleks pööratav, 2) A>0
Carnot’ tsükkel koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist.
Põhimõte: töötav aine paisub algul isotermiliselt, võttes soojendilt soojushulga Q1. Seejärel paisub ta varem omandatud siseenergia arvel veel adiabaatiliselt, temp. langeb. Järgneb töötava aine isotermiline kokkutõmbumine, mille käigus ta annab ära Q2 jahutile. Lõpuks surub välisjõud ainet adiabaatselt kokku, taastades siseenergia ning tõstes temperatuuri esialgsele tasemele .
Carnot’ tsükli kasutegur η=(T1-T2)/T1, kus T1 ja T2 on vastavalt soojendi ja jahuti temperatuurid.
33, Termodünaamika teine printsiip.
Pole võimalik selline protsess, mille AINUS tulemus oleks soojuse ülekanne külmalt kehalt soojemale
Välisjõudude puudumisel võib mis tahes süsteemi entroopia ainult kasvada (piirjuhul olla konstantne) dS=dQ/T
On võimatu ehitada teist liiki igiliikurit (masin, mis liigub või teeb tööd igavesti ) s.o. niisugust perioodiliselt töötavat mootorit, mis muudaks mingist reservuaarist võetava soojuse täielikult tööks.
Entroopia - dS=dQ/T, J/K –ühik, keha poolt saadud soojushulk jagatud temp. Entroopia iseloomustab süsteemi korrastatust . Mida korrastatum on süsteem, seda väiksem on entroopia ja vastupidi. Entroopia S = k lnW, kus k on Boltzmanni koefitsient ja W süsteemi oleku termodünaamiline tõenäosus. Mida tõenäosem on olek, seda suurem on W. Näiteks W saavutab oma maksimaalse väärtuse, kui kahe gaasi molekulid on täielikult segunenud.
Entroopiat TD II seaduses: Välisjõudude puudumisel võib mis tahes süsteemi entroopia ainult kasvada. Entroopia kasvamise tulemusena süsteem läheb süsteem üle väiksema termodünaamilise tõenäosusega olekust suurema tõenäosusega olekusse. Vastupidine protsess ei ole suletud süsteemis võimalik. Süsteemile mingi soojushulga andmine suurendab alati süsteemi entroopiat.
Ideaalse gaasi entroopia- Konstantse erisoojuse korral ideaalse gaasi entroopia avaldub valemina ΔS=cp ln – R ln Muutuva erisoojuse puhul avaldub valemina ΔS=a ln – R ln
+ b ΔT , a, b – konstandid, p – rõhk, T – temp, S - entroopia
Entroopia statistiline tõlgendus- Kui süsteemil on võrde maksimaalse tõenäosusega olekuid mitu, võib süsteem minna ühest niisugusest olekust teise. Seega käituvad süsteemi entroopia ja tema oleku tõenäosus ühtemoodi : nad kas kasvavad või jäävad muutumatuks.
S=k lnW, k-Boltzmanni konstant, W-süsteemi oleku termodünaamiline tõenäosus. Pööramatu on iga niisugune protsess, mille puhul temaga vastupidise protsessi tõenäosus on äärmiselt väike.
TD III seadus ehk Nernsti teoreem - entroopia muut absoluutsel nulltemperatuuril on 0, kui süsteem on termodünaamilises tasakaalus. Sellest tulenevalt on kõigi korrapärase kristallstruktuuriga ainete entroopiad absoluutsel nulltemperatuuril võrdsed ja tõenäoliselt võrdsed nulliga.
Isoleeritud süsteemi entroopia kasvab, kui temas kulgeb iseeneslik protsess (entroopia kasvu seadus). Viimast tingimust >0 loetakse protsessi iseeneslikkuse kriteeriumiks isoleeritud süsteemis. Järelikult isoleeritud süsteemi entroopia kasvab reaalse ühesuunalise protsessi kulgemisel ja saavutab maksimaalse väärtuse, kui süsteemis saabub tasakaal ning ühesuunalised protsessid lakkavad.
34, Tahked e kristallilised (korrapärased=kristallilised) kehad
Kristall on korrapärase ülesehitusega, aatomid paiknevad geomeetriliselt korrapärase ruumvõre sõlmedes.
Mehaanilised omadused – jäikus , tugevus, tõmme
, vääne ϕ=kM, nihe tanϕ=
Soojuslikud omadused – soojusjuhtivus q=- λS λ-soojusjuhtivustegur,S- pinnaühik , -temperatuurigradient, q-soojushulk
Soojuspaisumine – osakeste vahekaugused suurenevad, kristalli ruumala kasvab.
Tahkete kehade soojusmahutavus sõltub temperatuurist. Abs. Nulli läheduses on kehade soojusmahutavus võrdeline abs. temp-i kuubiga ning küllalt kõrgel, igale ainele isel. tempil hakkab kehtima seadus Cu=3R Palude kehade puhul on see õige juba toatempil, teemandi korral alles ~1000 ’C juures.
35, Vedelikud
Vedelik on üks neljast aine agregaatolekust. Vedelikuna on aine voolav ja selle kuju on tavaliselt piiritletud anuma kujuga, mida ta täidab. Tema ruumala on rangelt määratletud temperatuuri ja rõhuga. Vedelik avaldab survet nii anuma külgedele, kui ka tema sisse asetatud objektidele. Selline rõhk kandub üle igasse suunda, olenemata kaugusest ja suurendes sügavuses.
Vedeliku molekulid paiknevad üksteisele väga lähedal ja nende vahel valitsevad tugevad tõmbejõud. Molekulidevaheline mõju kahaneb kauguse kasvades kiiresti, seetõttu võib tõmbejõudusid alates molekulide teatud vahekaugusest lugeda tähtsusetult väikesteks ning jätta nad arvesse võtmata. Seda kaugust r nim molekulaarmõju sfääriks. Pinnakihis paksusega r asuvale molekulile mõjub vedeliku sisse suunatud jõud( sarnane raskusjõuga). Pinnakihis olevad molekulid omavad lisaenergiat. Maa raskusväljas võtavad vedelikud sellise kuju, et nende summaarne energia oleks min. Keha mõõtmete suurenendes kasvab ruumala võrdeliselt joonemõõtmete kuubiga, pindala aga joonmõõtmete ruuduga. Pinnaenergia olemasolu tõttu ilmneb vedelike puhul tendents vähendada oma pindala.
Pindpinevus on nähtus, mille tulemusena vedeliku pind omandab minimaalse võimaliku suuruse, vedeliku pinnakiht käitub kui elastne kile. Vedeliku pinnamolekulid mõjutavad üksteist tõmbejõududega, mis on suunatud piki pinda ja püüavad pinna suurust vähendada.
Pindpinevustegur on lisaenergia , mida omab ühikulise pindalaga vedeliku pind.(N/m ühik).
Kõrvera pinna puhul tekib lisarõhk, kumera pinna puhul positiivne, nõguse pinna puhul neg. ( Laplace ’i valem Δp=2Hα)
Kapillaarsus on nähtus, mis seisneb vedelikutaseme tõusus või languses peenikestes torudes, võrreldes vedelikutasemega jämedates torudes ja suuremates anumates , millega peenikesed torud on ühendatud. Kapillaarsust põhjustab vedeliku pinna kõverdumisest (pindpinevusest) tingitud lisarõhk.
Märgamine on nähtus, mis väliste jõudede puudumisel avaldub vedelike tendetsis mööda tahkest ainest alust laiali voolata.
Vedelikud ja gaasid on isotroopsed (omadused on kõikides sihtides ühesugused), kristallid on anisotroopsed (mitmed füüsikalised (mehaanilised, soojuslikud, elektrilised, optilised ) omadused sõltuvad sihist).
36, Reaalsed gaasid
Van der Waals võrrand - Võrrand kirjeldab reaalsete gaaside käitumist.
z-moolide arv(m/müü), p-väljastpoolt gaasile avaldatav rõhk(võrdne gaasi rõhuga anuma seintele), a ja b- van der Waalsi konstandid.
I joonis:Van der Waals'i gaasi (teoreetiline) isoterm p - V teljestikus kriitilisest madalama temperatuuri korral. Ruumalade vahemikus V2 -- V1 peaks ruumala vähenemisega kaasnema rõhu kahanemine.
Mediaani tüüpi võrrandid , veriaad, pV= RT (1+B(t)/V+ RO(T)/V2 +…
37, Gaaside üleminekud.
Graafik , Q= L*m , Aja jooksul anname soojust juurde, Q= cm(t2-t1), Faasi diagramm (muderpunkt).