Второе начало термодинамики. 
Тепловая машина и ее КПД. 
Электрическое поле напряжения потенциал поля принцип супер позиции. 
Теорема Гаусса и ее применение к

8. Второе начало термодинамики. Тепловая машина и ее КПД.

Первый закон термодинамики не устанавливает направления тепловых процессов. Однако, как показывает опыт, многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Например, при тепловом контакте двух тел с разными температурами тепловой поток всегда направлен от более теплого тела к более холодному. Никогда не наблюдается самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Следовательно, процесс теплообмена при конечной разности температур является необратимым.

Обратимыми процессами называют процессы перехода системы из одного равно-весного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний. При этом сама система и окружающие тела возвращаются к исходному состоянию.

Первый закон термодинамики не может отличить обратимые процессы от необра-тимых. Направление самопроизвольно протекающих процессов устанавливает второй закон термодинамики.

Английский физик У. Кельвин следующую формулировку второго закона: В цик-лически действующей тепловой машине невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, по-лученного от единственного теплового резервуара.

Гипотетическую тепловую машину, в которой мог бы происходить такой процесс, называют «вечным двигателем второго рода».

Немецкий физик Р. Клаузиус дал другую формулировку второго закона термоди-намики: Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии путем теплообмена от тела с низкой температурой к телу с более высокой темпе-ратурой.

Обе формулировки второго закона термодинамики эквивалентны. Любой физиче-ский процесс, в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т. е. он не может быть осуществлен полностью в обратном направлении.

Общим свойством всех необратимых процессов является то, что они протекают в термодинамически неравновесной системе и в результате этих процессов замкнутая сис-тема приближается к состоянию термодинамического равновесия.

Тепловой машиной называется устройство, способное многократно совершать ме-ханическую работу за счет поглощения количества теплоты от внешнего источника, т. е. многократно превращать количество теплоты в механическую работу. Механическая ра-бота в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газо-образные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отда-ет) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внут-ренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами. Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (ΔU = 0):

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет инте-реса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двига-тели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой — холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 < 0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно

При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следо-вательно, изменение его внутренней энергии равно нулю (ΔU = 0). Согласно первому за-кону термодинамики,

Отсюда следует:

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количе-ству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полу-ченной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную ра-боту. Остальная часть (1 — η) была «бесполезно» передана холодильнику. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (η < 1).

На основании любой из формулировок второго закона термодинамики могут быть доказаны следующие утверждения, которые называются теоремами Карно:

1. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей при дан-ных значениях температур нагревателя и холодильника, не может быть больше, чем ко-эффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.

2. Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от рода рабочего тела, а только от температур нагревателя и холодиль-ника.

Таким образом, коэффициент полезного действия машины, работающей по циклу Карно, максимален.

9. Электрическое поле напряжения потенциал поля принцип супер позиции.

Скорее всего, вопрос звучит так: Электрическое поле, напряженность, потенциал поля, принцип суперпозиции Электрическое поле — особая форма поля, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Это поле оказывает силовое действие на другие за-ряженные тела. Главное свойство электрического поля — действие на электрические заря-ды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружаю-щие заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характе-ристика — напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещен-ный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля — векторная физическая величина. Направле-ние вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действую-щей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называ-ется электростатическим.

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое не-сколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометри-ческой сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого систе-мой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей элек-трических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу су-перпозиции.

В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, соз-даваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю

Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора за-висит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор направлен по радиусу от заряда, если Q < 0, то вектор направлен к заряду.

Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электри-ческого заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

Потенциал является энергетической характеристикой электростатического поля.

В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В).

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов: