Переменный ток. Период и частота переменного тока.

Билет 5.

Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа.

Термодинамика – это наука о тепловых процессах, основанная на общих законах относящихся к превращениям энергии.

Среди идеальных газов наиболее простым по своим физическим свойствам является одноатомный газ (гелий, неон и т.д.).

Вся внутренняя энергия идеального газа представляет собой кинетическую энергию беспорядочного движения его молекул. Для одноатомного газа массой m она равна средней кинетической энергии одного атома умноженной на общее число атомов . Учитывая, что kN_A = R получим:

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа не зависит явно от объема (давления), т.к. потенциальная энергия взаимодействия его молекул равна нулю. Изменение энергии газа происходит только за счет изменения его температуры. Для реальных газов и жидкостей средняя потенциальная энергия молекул отлична от нуля. У газов она много меньше кинетической энергии, но для жидкостей и твердых тел сравнима с ней. Следовательно, в общем случае, внутренняя энергия, как и потенциальная, зависит от объема и от температуры подвижной среды.

На основе обобщения многочисленных данных был сформулирован всеобщий закон сохранения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает, она только переходит из одной формы в другую.

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

В общем случае, при переходе из одного состояния U₁ в другое U₂ внутренняя энергия может изменяться как за счет совершения работы, так и за счет подвода тепла извне системы. Первый закон термодинамики звучит: изменение внутренней энергии равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе:

В случае когда система теплоизолирована (Q =0) и не совершает механической работы (A =0), то Δ U или U₂ = U₁: внутренняя энергия замкнутой системы остается неизменной.

Из первого закона термодинамики следует невозможным создания вечного двигателя – устройства, способного совершать неограниченное количество работы без энергетических затрат.

Переменный ток. Период и частота переменного тока.

Переменный ток – электрический ток, который с течением времени изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи постоянным.

Условное обозначение на электроприборах ~, ≈ или AC.

Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Эти вынужденные колебания создаются генераторами на электростанциях.

Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле можно рассматривать как простейшую модель генератора переменного тока.

Плоская проволочная рамка имеет площадь S и вектор индукции составляет с перпендикуляром к плоскости рамки угол α. Магнитный поток Ф через площадь рамки в этом случае определяется следующим выражением:

При вращении рамки с частотой υ угол α изменяется по закону , тогда выражение примет вид:

Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции e в витке, согласно закону электромагнитной индукции равную производной потока магнитной индукции, взятой со знаком минус:

Следовательно, изменения ЭДС индукции со временем будут происходить по гармоническому закону:

где – амплитуда ЭДС индукции.

Если к рамке подключить колебательный контур, то угловая скорость вращения рамки определит частоту колебаний значений ЭДС, напряжения на различных участках цепи и силы тока, т.е. возникнут вынужденные гармонические колебания силы тока – переменный ток.

Величина переменного тока, соответствующая данному моменту времени, называется мгновенным значением переменного тока .

Максимальное мгновенное значение переменного тока, которого он достигает в процессе своего изменения, называется амплитудой тока.

Периодическим переменным током называется электрический ток, который через равные промежутки времени повторяет полный цикл своих изменений, возвращаясь к своей исходной величине. Время полного цикла называется периодом переменного тока T. Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока – это число колебаний в 1 с. стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз – в противоположную.