Билеты по физике (стр. 10 из 10)

Первый закон термодинамики – это всеобщий закон сохранения и превращения энергии. Из него следует, что если внутренняя энергия постоянна и тело не поучает и не отдает тепла, то оно не может совершить работу равную 0. Таким образом, нельзя получить работу из ничего или превратить ее ни во что.

С позиции молекулярно – кинетической теории внутренняя энергия- это сумма потенциальной энергии взаимодействия частиц, составляющих тело, и кинетической энергии их беспорядочного теплового движения. Внутренняя энергия – это еще один вид энергии, причем эта энергия существует всегда, она не зависит от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Она зависит от температуры, давления и объема. Молекулы – это сложные частицы, состоящие из взаимодействующих и колеблющихся атомом, которые тоже обладают энергией. Эйнштейн доказал, что полную энергию тела можно вычислить по формуле Е=mс^2, где с=300000 км/с. Изменить ее можно совершением механической работы или теплопередачей. Внутренняя энергия идеального газа: если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна 0, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения всех молекул U=NE=vNa=3/2m/MRT, где v – количество вещества в молях, к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса газа, М – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная. PV=m/M RT => U =3/2Pv.

2. 2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и использование электрической энергии.

Современная техника немыслима без индукционных генераторов переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую, а их действие основано на электромагнитной индукции. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален магнитной индукции В, площади рамки и косинуса угла альфа между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции В:

Ф=В*S*cos(альфа). При вращении рамки с постоянной угловой скоростью, угол альфа увеличивается прямопропорционально времени альфа=wt. По закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна скорости изменения потока магнитной индукции, взятой со знаком минус, т.е. производной потока магнитной индукции по времени: е=-dФ/dt = -BwSsinwt=e1sinwt, где е1=BSw– амплитуда ЭДС индукции. Так как угловая скорость w=2Пv=2П/Т? то получаем е=е1*sin(2П/Т)*t. Чтобы получить большой магнитный поток, в генераторах применяют почти замкнутую магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из специальной электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, расположены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому его называют ротором, другой статором. Ток к ротору подводят с помощью скользящих контактов. Для этого его снабжают контактными кольцами, присоединенными к концам обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие ко7такты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу. Если генератор приводится в действие паровой или газовой турбиной, то он называется турбогенератором. Если ротор вращается от ДВС, то дизель – генератор.

Выгодное отличие переменного тока от постоянного, в том, что можно сравнительно легко изменять его силу. Аппараты, преобразующие переменный ток одного напряжения в другое – называются электрическими трансформаторами. Состоит из нескольких катушек изолированного провода, размещенных на магнитопроводе из тонких пластин специально электротехнической стали. Переменный ток, текущий по одной из обмоток (первичной). Создает вокруг нее и в магнитопроводе переменной магнитное поле, пересекающее витки другой (вторичной), возбуждает в ней переменную электродвижущую силу. Если обе обмотки имеют равное количество витков, то в ней наведется такое же напряжение, какое в первичной. Если не равное количество, то трансформатор может быть повышающим (во вторичной обмотке больше витков), понижающим – наоборот. Действие основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток практически существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

U1/U2 = I2/I1, U1/U2 = E1/E2 = n1/n2 = К, где К – коэффициент трансформации, при к>0 –понижающий…. Пир разомкнутой вторичной обмотки трансформатор с малым активным сопротивлением первичной обмотки почти не потребляет энергию из сети, так как велико индуктивное сопротивление ненагруженной обмотки трансформатора. Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна 0. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Но уменьшение амплитуды потока должно уменьшить ЭДС. Однако это невозможно, так как модули U1=e1. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной. Увеличение силы тока в первичной цепи (по закону сохранения энергии) увеличит силу тока во вторичной.

Трансформаторы находят широкое применение в промышленности и быту. Силовые электрические трансформаторы дают возможность передавать переменный током линиям электропередачи на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого напряжение переменного тока, вырабатываемого генераторами электростанции, с помощью трансформаторов повышают до нескольких сотен тысяч вольт и посылают по ЛЭП. В месте потребления напряжение понижают трансформаторами.

Билет 9

1. 1. Температура и ее физический смысл. Измерение температуры. Измерьте температуру в классе.

2. 2. Термоэлектронная эмиссия, ее использование в электровакуумных приборах. Электронно – лучевая трубка.

3. 3. «ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА»

Термометр – это тело. Которое находится в тепловом равновесии с телом, температуру которого измеряют. Физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, называют температурой тела. В повседневной практике широко распространен способ измерения температуры с помощью жидкого термометра. В его устройстве используется свойство расширения жидкости при нагревании. В качестве рабочего тела обычно применяют ртуть, спирт, глицерин. Чтобы измерить температуру тела, термометр приводят в контакт с этим телом; между термометром и телом будет осуществляться теплопередача до установления теплового равновесия. Масса термометра должна быть много меньше массы тела, так как в противном случае процесс измерения может существенно изменить температуру тела.

2. 2. Термоэлектронная эмиссия, ее использование в электровакуумных приборах. Электронно – лучевая трубка.

Явление выхода электронов из металла при его нагревании называется термоэлектронной эмиссией. Это явление используется в различных электронных приборах. Простейший – электровакуумный диод. Этот прибор состоит из стеклянного болона, в котором находятся два электрода: катод и анод. Анод изготовлен из металлической пластины, катод – из тонкой металлической проволоки, свернутой в спираль. Концы спирали укреплены на металлических стержнях, имеющих два вывода для подключения в электрическую цепь. Соединив выводы катода с источником тока, можно вызвать нагревание проволочной спирали катода проходящим током до высокой температуры. Проволочную спираль нагреваемую электрическим током, называют нитью накала лампы.

Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в это отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронный пучок, попадая на тело, вызывает их нагревание. При торможении быстрых электронов, разогнанных до больших скоростей электрическим полем и попадающих на вещество. Возникает рентгеновское излучение. Некоторые вещества, бомбардируемые электронами светятся (люминофоры). Электронные пучки откланяются электрическими и магнитными полями. Электронно – лучевая трубка – это вакуумный электронный прибор, позволяющий преобразовывать электрические сигналы в видимое изображение. В длинном баллоне трубки создан высокий вакуум. Внутри баллона имеется система электродов. Позволяющая получать очень тонки и очень длинный пучок электронов. Эту совокупность электродов называют электронной пушкой (прожектором). Она состоит из подогреваемого катода, управляющего электрода, первого и второго анодов. Катод представляет собой узкий цилиндр, внутри которого находится нагреватель. Снаружи катод покрыт специальным веществом с малой работой выхода электронов. Управляющий электродом предназначен для регулировки интенсивности электронного пучка. Он имеет цилиндрическую форму и окружает катод. Через отверстие в основании этого цилиндра пролетают электроны. Испускаемые катодом. На управляющий электрод попадает небольшой отрицательный потенциал. Изменяя потенциал управляющего электрода и, следовательно, изменяя яркость пятна на экране. Также имеются вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины.