Ответы по курсу физики

№ 11 Энтропия. Свойства энтропии. Второе начало термодинамики и его применение в биологии

Для характеристики состояния термодинамической системы Клаузиус ввёл понятие энтропии меры беспорядка состояния системы. Энтропия – мера необратимого рассеяния энергии и представляет собой ф-ю состояния термодинамической системы. dS=dQ/T, (S)=Дж/к. Свойства эн

тропий:1) энтропия – величина аддитивная, т.е. энтропия системы равна сумме энтропий отдельных элементов.2) если в изолированной системе происходит обратимые процессы, то её энтропия остаётся неизменной.3) если в изолированной системе происходит необратимые процессы, то её энтропия возрастает.4) энтропия изолированной системы не может уменьшаться. Второе начало термодинамики говорит о том, что в изолированной системе процессы протекают в направлении возрастания системы. Живой организм не может быть изолирован от окружающей среды, т.к. он поглощает кислород, воду и питательные вещ-ва. Если изолировать организм, т.е. лишить его пищи и кислорода, то это смерть. Существование биологических изолированных систем невозможно. Они могут быть только открытыми, т.е. системами, в которых обмениваются с окружающей средой энергией и вещ-вом. Организмы, в процессе своего развития, непрерывно, за счёт обмена вещ-в, создаёт из менее упорядоченных систем более упорядоченные – энтропия уменьшается – это не противоречит второму началу термодинамики, т.к. он сформулирован для изолированной системы. Полное изменение энтропии: ΔS=ΔSi+ΔSe, ΔSi- изменение энтропии, связанное с необратимыми процессами в организме, ΔSe- изменение энтропии вследствие взаимодействия с окружающей средой. ΔSi>0, т.к. связано с выделением тепла организмом. ΔSe>0, то высокомолекулярное соединение разрушается, смерть. ΔSi= -ΔSe.

№ 12 Применение второго начала термодинамики к тепловым двигателям. КПД теплового двигателя.

Тепловой двигатель представляет собой систему, работающую за счет внешних источников тепла, которая периодически повторяет тот или иной термодинамический цикл и преобразует теплоту в механическую работу. Тепловой двигатель состоит из нагревателя, сообщающего ему количество теплоты Q1, рабочего тела и охладителя, в который отводится количество теплоты Q2. Работа, совершаемая двигателем, равна А= Q1+Q2. Из второго начала термодинамики следует, что невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение всей теплоты, полученной нагревателем, в эквивалентную ей работу. Поэтому не может существовать теплового двигателя, в котором часть тепла не отводилась бы в охладитель. Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют величину ή=(Q1-Q2)/Q1. Поскольку Q2 не может быть равно нулю, то КПД теплового двигателя всегда меньше единицы. Это утверждение может служить одной из формулировок второго начала термодинамики. Живые организмы - это своеобразные тепло вые двигатели, получающие теплоту в результате происходящих в них экзотермических реакций, в которых участвуют биологические макромолекулы. Как и любой тепловой двигатель, живой организм выделяет теплоту и совершает работу. Особое значение в термодинамике имеет тепловой двигатель, работающий по циклу Карно, который состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатических процессов. Рабочее тело (идеальный газ) совершает работу за счет теплоты, подводимой к нему в изотермическом процессе; при обратном изотермическом процессе часть теплоты уходит от рабочего тела. КПД такого двигателя: ήм=(T1-T2)/T1, где Т1 и Т2 - температуры нагревателя и охладителя. КПД цикла Карно является максимальны значением для КПД любого реального двигателя, работающего в тех же условиях.

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Силы Ампера и Лоренца

Магнитное поле- форма сущ-ния материи. Порождается движущ-ся зарядами, токами, обнаруживается под действием на другие движ-ся заряды, токи. Сущ-ет реально, не зависит от нас материально. Магнитное взаимодействие- взаимодействие между проводниками с токами, т.е. взаимодействие между движущ-ся зарядами. Магнитное поле хар-ся индукцией магнитного поля B (Тл), напряженностью H (А/м). B=М·М0·Н. Магнитное поле- вихревое, т.к. силовые линии замкнутые, охватывают проводник с током, расположены в плоскости перпендикулярно проводнику с током. Направление силовых линий опр-ся по правилу правого винта: если поступательное движ-е правого винта направить по направлению тока, то направление вращения ручки винта покажет направление силовых линий магнитного поля. Вектор В и Н расположены по касательной линии в любой точке силовой линии. Направление В и Н опр-ся по правилу правого винта. Сила Ампера- F=B·I·l·sinα, α=(B^l). Направление силы Ампера опр-ся по правилу левой руки: если лев руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, 4 пальца показывали направление тока, тогда отогнутый на 90º большой палец покажет направление силы Ампера. Сила Лоренца- сила, с которой магнитное поле действует на движ-ся заряд, влетевший в магнитное поле (положительного заряда). Если заряд отрицательный, то сила Лоренца направлена в противоположную сторону. Направление силы Лоренца опр-ся правилом левой руки. F= B·q·ύ

2. Закон Био-Савара-Лапласа. Индукция и напряженность прямого тока, кругового тока соленоида

Закон Био-Савара-Лапласа: dH=(Idlsinα)/(4πr²) (А/м). dB=(MM0Idlsinα)/(4πr²) (Тл).

Магнитное поле прямого тока текущему проводнику бесконечной длины: H=I / 4πr. B=MM0I / 2πr

Магнитное поле в центре кругового проводника с током: H=I/2R. B=MM0I/2R.

Магнитное поле соленоида бесконечной длины: H=IN/l. B=MM0(IN/l)=MM0In, где n- число витков на единицу длины, N- общее число витков в катушке, l- длина катушки.

3. Рамка с током в магнитном поле

Fa=B·I·l·sinα. На сторону b сила Ампера не действует, т.к. угол α=0, а на сторону а действует, которая равна Fa=B·I·а. На рамку начинает действовать механический момент, который равен Ммех=>Fb=Biab=BIl. Pмагн=IS. Ммех=BPмагн => B=Ммех / Pмагн. Магнит стремится повернуть контур так, чтобы его магнитный момент установился по направлению поля B. Если в данную точку него помещать рамки с разными магнитными моментами, то на них будут действовать разные механические моменты.

4. Магнитное поле в веществе

H- магнитная проницаемость (восприимчивость вещ-ва), котор завис от вещ-ва и его состояния: B=HBвнешн+Bв-ва=Bвнешн(1+H), (1+Н)=М. В зависимости от М и Н все вещ-ва дел-ся: 1) Парамагнетики (калий, кальций, натрий): Н и М > 1 – вещ-во намагничивается по внешнему полю. 2) Диамагнетики (медь, углерод, вода): Н и М < 1 – намагничиваются, против внешнего поля и ослабляют его. 3) Ферромагнетики: Н и М >> 1, есть домены – области самопроизвольного намагничивания. Индукция зависит от магнитных свойств вещ-ва, а напряжённость не зависит. М=3: B=MM0H=3M0H=3β0

 Скачать реферат