Что является мерой изменения энергии систем тел: она характеризует способность физических тел или систем совершить движение.

Содержание

она характеризует способность физических тел или систем совершить движение.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 28Следующая ⇒

Существуют различные виды энергии, такие как механическая, внутренняя, ядерная и т.д. В процессе взаимодействия тел формы движения материи, и тем самым вид энергии, могут изменяться, но во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним.

Работа является количественной мерой изменения энергии тела (системы тел) при переходе его из одного энергетического состояния в другое.Поэтому можно сказать, что энергия тела (системы тел) характеризует его способность совершить работу (энергия тела – это его работоспособность).

Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел, поэтому в механике вводится понятие работы силы.

Работа и энергия – различные физические величины, несмотря на то, что они имеют одинаковые единицы измерения.

Для прямолинейно движущегося тела и постоянной силы F (рис. 15) работа , где угол между и .

Но может измениться как по модулю, так и по направлению. Тогда вводится понятие элементарной работы как dA= = ; где − угол между и , — проекция на , и предполагается, что на пути ds (при элементарных перемещениях) сила остается постоянной:

Тогда на участке траектории от точки 1 до точки 2 полная работа:

или графически представляется площадью заштрихованной фигуры на рис.16.

Таким образом, работа dA= или − скалярная величина, которая представляет собой скалярное произведение двух векторов.

В системе СИ единицей энергии (работы) является джоуль (Дж).

1 Дж − это такая работа, которую совершает сила

1 Ньютон, передвигая тело по направлению воздействия силы на расстояние 1 метр (1Дж=1Н^. 1м)[4].

Скорость совершения работы характеризуется мощностью (N), которая представляет собой первую производную работы по времени и равняется работе, совершаемой за единицу времени.

, или как скалярное произведение векторов силы и скорости

Единица мощности ватт (Вт).

1 Вт − это такая мощность, при которой за время 1с совершается работа 1 Дж (1Вт = 1Дж/1с).

Если силу, как ускорение, разложить на тангенциальную и нормальную составляющие ( и ), то не совершает работу, так как для нее и поэтому работа силы (рис.12).

В механике различают два вида энергии: кинетическую энергию

W_к (энергию механического движения системы) и потенциальную энергию W_р (энергия взаимодействия). В некоторых книгах потенциальную энергию обозначают буквой Т, а потенциальную − П.

Полная механическая энергия Е=W_к +W_р.

Полная механическая энергия лишь часть полной энергии, о которой поговорим при рассмотрении теории относительности (см. далее).

Если под воздействием результирующей силы происходит элементарное изменение скорости тел от до , то совершается положительная работа, которая равна приращению кинетической энергии тела : dA=d W_к .

Тогда, используя второй закон Ньютона (1) и учитывая, что = и , получаем для элементарной работы:

, а полная работа

; (так как , )

если υ₁=0, υ₂=υ, то . (5)

Кинетическая энергия системы зависит только от m и υ, т.е. W_к системы есть функция состояния ее движения, и так как в разных инерциальных системах отсчета υ разное, то W_к тоже зависит от выбора системы отсчета.

W_квсегда положительна!

Потенциальная энергия – это механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением (или взаимным расположением различных частей физического тела) и характером сил взаимодействия между ними. Она зависит от конфигурации тел системы и тесно связана с существованием силовых полей (гравитационных, электрических и др.).

Количество потенциальной энергии, определяемой взаимным расположением тел, демонстрируют опыты поднимания груза на различной высоте в гравитационном поле Земли. Изменение потенциальной энергии, определяемой взаимным расположением различных частей физического тела, можно показать на примере сжатия пружины.

Если работа, совершаемая силами поля при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от траектории, а зависит только от начального и конечного положения перемещенного тела, то такие поля называются потенциальными, а силы − консервативными. Примером потенциальных полей могут служить гравитационные, электрические поля зарядов, упругие и др. поля. Если же такая работа зависит от траектории, то такие силы называются диссипативные или неконсервативные (например, силы трения).

Читайте также:

Внутренняя энергия. Работа и теплота

Наряду с механической энергией, любое тело (или система) обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – энергия покоя. Она складывается из теплового хаотического движения молекул, составляющих тело, потенциальной энергии их взаимного расположения, кинетической и потенциальной энергии электронов в атомах, нуклонов в ядрах и так далее.

В термодинамике важно знать не абсолютное значение внутренней энергии, а её изменение.

В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся молекул (тепловой энергии недостаточно, чтобы изменить строение атома, а тем более ядра). Следовательно, фактически под внутренней энергией в термодинамике подразумевают энергию теплового хаотического движения молекул.

Внутренняя энергия U одного моля идеального газа равна:

или

Таким образом, внутренняя энергия зависит только от температуры. Внутренняя энергия U является функцией состояния системы, независимо от предыстории.

Понятно, что в общем случае термодинамическая система может обладать как внутренней, так и механической энергией, и разные системы могут обмениваться этими видами энергии.

Обмен механической энергией характеризуется совершенной работой А, а обмен внутренней энергией – количеством переданного тепла Q.

Например, зимой вы бросили в снег горячий камень. За счёт запаса потенциальной энергии совершена механическая работа по смятию снега, а за счёт запаса внутренней энергии снег был растоплен. Если же камень был холодный, т.е. температура камня равна температуре среды, то будет совершена только работа, но не будет обмена внутренней энергией.

Итак, работа и теплота не есть особые формы энергии. Нельзя говорить о запасе теплоты или работы. Это мера переданной другой системе механической или внутренней энергии. Вот о запасе этих энергий можно говорить. Кроме того, механическая энергия может переходить в тепловую энергию и обратно. Например, если стучать молотком по наковальне, то через некоторое время молоток и наковальня нагреются (это пример диссипации энергии).

Можно привести ещё массу примеров превращения одной формы энергии в другую.

Опыт показывает, что во всех случаях, превращение механической энергии в тепловую и обратно совершается всегда в строго эквивалентных количествах. В этом и состоит суть первого начала термодинамики, следующего из закона сохранения энергии.

Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на совершение телом работы:

(4.1.1)

– это и есть первое начало термодинамики, или закон сохранения энергии в термодинамике.

Правило знаков: если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, и если система производит работу над окружающими телами, при этом . Учитывая правило знаков, первое начало термодинамики можно записать в виде:

– изменение внутренней энергии тела равно разности сообщаемой телу теплоты и произведённой телом работы.

Выражение (4.1.1) для малого изменения состояния системы будет иметь вид:

(4.1.2)

В этом выражении U – функция состояния системы; dU – её полный дифференциал, а δQ и δА таковыми не являются. В каждом состоянии система обладает определенным и только таким значением внутренней энергии, поэтому можно записать:

Важно отметить, что теплота Q и работа А зависят от того, каким образом совершен переход из состояния 1 в состояние 2 (изохорически, адиабатически и т.д.), а внутренняя энергия U не зависит. При этом нельзя сказать, что система обладает определенным для данного состояния значением теплоты и работы.

Из формулы (4. 1.2) следует, что количество теплоты выражается в тех же единицах, что работа и энергия, т.е. в джоулях (Дж).

Особое значение в термодинамике имеют круговые или циклические процессы, при которых система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное. На рисунке 4.1 изображен циклический процесс 1–а–2–б–1, при этом была совершена работа А.

Рис. 4.1

Так как U – функция состояния, то

(4.1.3)

Это справедливо для любой функции состояния.

Если то согласно первому началу термодинамики , т.е. нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы бóльшую работу, чем количество сообщенной ему извне энергии. Иными словами, вечный двигатель первого рода невозможен. Это одна из формулировок первого начала термодинамики.

Следует отметить, что первое начало термодинамики не указывает, в каком направлении идут процессы изменения состояния, что является одним из его недостатков.

Урок 11. Лекция 11. Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости).

A = Fs cos α

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю.

В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы.

[1 Дж=1 Н·м]

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.

Мощность N – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

N=A/t

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении:

N=A/t так как A=FScosα тогда N=(FScosα)/t, но S/t = v следовательно

N=Fvcos α

В технике используются единицы работы и мощности:

1 Вт·с = 1 Дж; 1Вт·ч = 3,6·10³ Дж; 1кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Е = Ек + Еp

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Если тело движется со скоростью , то для его полной остановки необходимо совершить работу

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятиепотенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями. Такие силы называются консервативными. Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй):

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :

где k – жесткость пружины.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

A = –(Ep2 – Ep1).

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

A = Ek2 – Ek1

Следовательно Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Урок 16. Лекция 16. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики

Наука о тепловых явлениях называется термодинамика. Термодинамика исходит из наиболее общих закономерностей тепловых процессов и свойств макроскопических систем.

При изучении основ термодинамики необходимо помнить следующие определения. Физическая система, состоящая из большого числа частиц — атомов или молекул, которые совершают тепловое движение и, взаимодействуя между собой, обмениваются энергиями, называется термодинамической системой.

Состояние термодинамической системы определяется макроскопическими параметрами, например удельным объемом, давлением, температурой.

Термодинамика рассматривает изолированные системы тел, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия. Это означает, что в таких системах прекратились все наблюдаемые макроскопические процессы. Важным свойством термодинамически равновесной системы является выравнивание температуры всех ее частей.

Термодинамика рассматривает только равновесные состояния, т.е. состояния, в которых параметры термодинамической системы не меняются со временем.

Если термодинамическая система была подвержена внешнему воздействию, то в конечном итоге она перейдет в другое равновесное состояние. Такой переход называется термодинамическим процессом.

Термодинамическим процессом называется переход системы из начального состояния в конечное через последовательность промежуточных состояний.

Процессы бывают обратимыми и необратимыми.

Обратимым называется такой процесс, при котором возможен обратный переход системы из конечного состояния в начальное через те же промежуточные состояния, чтобы в окружающих телах не произошло никаких изменений. Обратимый процесс является физической абстракцией. Примером процесса, приближающегося к обратимому, является колебание тяжелого маятника на длинном подвесе. В этом случае кинетическая энергия практически полностью превращается в потенциальную, и наоборот. Колебания происходят долго без заметного уменьшения амплитуды ввиду малости сопротивления среды и сил трения.

Любой процесс, сопровождаемый трением или теплопередачей от нагретого тела к холодному, является необратимым. Примером необратимого процесса является расширение газа, даже идеального, в пустоту. Расширяясь, газ не преодолевает сопротивления среды, не совершает работы, но, для того чтобы вновь собрать все молекулы газа в прежний объем, т. е. привести газ в начальное состояние, необходимо затратить работу. Таким образом, все реальные процессы являются необратимыми.

Изменение внутренней энергии газа в процессе теплообмена и совершаемой работы.

Одним из важнейших понятий термодинамики является внутренняя энергия тела. Все макроскопические тела обладают энергией, заключенной внутри самих тел. С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Внутренняя энергия – это сумма энергий молекулярных взаимодействий и энергии теплового движения молекул.

В частности, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий всех частиц газа, находящихся в непрерывном и беспорядочном тепловом движении. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и не зависит от объема (закон Джоуля).

Молекулярно-кинетическая теория приводит к следующему выражению для внутренней энергии одного моля идеального одноатомного газа (гелий, неон и др.), молекулы которого совершают только поступательное движение:

Поскольку потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от расстояния между ними, в общем случае внутренняя энергия

U тела зависит наряду с температурой T также и от объема V: U = U(T, V).

Таким образом, внутренняя энергия системы зависит только от её состояния и является однозначной функцией состояния, внутренняя энергия U тела однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние тела. Она не зависит от того, каким путем было реализовано данное состояние.

Внутреннюю энергию тела можно изменить разными способами:

Совершение механической работы.
Теплообмен.

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную).

Например, газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем площадью S. Поршень, сжимая газ, движется с некоторой скоростью v. Молекулы газа, беспорядочно двигаясь, ударяются о поршень. После упругого удара молекулы о поршень скорость молекулы возрастает, а значит возрастает и её кинетическая энергия, что приводит к увеличению внутренней энергии газа.

При сжатии газа его внутренняя энергия увеличивается за счет совершения поршнем механической работы. При расширении газа его внутренняя энергия уменьшается, превращаясь в механическую энергию поршня.

При сжатии газа внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A’.

В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу

A = –A’.

Если объем газа изменился на малую величину ΔV, то газ совершает работу pSΔx = pΔV, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение.

При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна.

В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

или в пределе при ΔV_i → 0:

Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (p, V):

Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное. На рис. 2 изображены три различных процесса, переводящих газ из состояния (1) в состояние (2). Во всех трех случаях газ совершает различную работу.

Рисунок 2.
Три различных пути перехода из состояния (1) в состояние (2).
Во всех трех случаях газ совершает разную работу, равную площади под графиком процесса.

Процессы, изображенные на рис. 2, можно провести и в обратном направлении; тогда работа A просто изменит знак на противоположный.

Процессы которые можно проводить в обоих направлениях, называются обратимыми.

В отличие от газа, жидкости и твердые тела мало изменяют свой объем, так что во многих случаях работой, совершаемой при расширении или сжатии, можно пренебречь. Однако, внутренняя энергия жидких и твердых тел также может изменяться в результате совершения работы. При механической обработке деталей (например, при сверлении) они нагреваются. Это означает, что изменяется их внутренняя энергия.

Внутренняя энергия тела может изменяться не только в результате совершаемой работы, но и вследствие теплообмена.

При тепловом контакте тел внутренняя энергия одного из них может увеличиваться, а внутренняя энергия другого – уменьшаться. В этом случае говорят о тепловом потоке от одного тела к другому. Передача энергии от одного тела другому в форме тепла может происходить только при наличии разности температур между ними.

Приведем в соприкосновение два тела с разными температурами. Пусть температура первого тела выше, чем второго. В результате обмена энергиями температура первого тела уменьшается, а второго — увеличивается. В рассматриваемом примере кинетическая энергия хаотического движения молекул первого тела переходит в кинетическую энергию хаотического движения молекул второго тела.

Тепловой поток всегда направлен от горячего тела к холодному.

Процесс передачи внутренней энергии без совершения механической работы называется теплообменом.

Мерой энергии, получаемой или отдаваемой телом в процессе теплообмена, служит физическая величина, называемая количеством теплоты.

Количеством теплоты Q, полученной телом, называют изменение внутренней энергии тела в результате теплообмена.

Количество теплоты Q является энергетической величиной. В СИ количество теплоты измеряется в единицах механической работы – джоулях (Дж).

До введения СИ количество теплоты выражали в калориях.

Калория — это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г дистиллированной воды на 1°С, от 19,5°С до 20,5°С.

Единица, в 1000 раз большая калории, называется килокалорией (1 ккал = 1000 кал). Соотношение между единицами: 1 кал =4,19 Дж.

Если в результате теплообмена телу передается некоторое количество теплоты, то внутренняя энергия тела и его температура изменяются.

Чтобы нагреть тело массой m от температуры t₁ до температуры t₂ ему необходимо сообщить количество теплоты

Q = cm(t₂ – t₁)

Количество теплоты Q, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К называют удельной теплоемкостью вещества c.

c = Q / (mΔT).

Во многих случаях удобно использовать молярную теплоемкость C:

C = M · c, где M – молярная масса вещества.

При передаче тепла от одного тела к другому всегда выполняется уравнение теплового баланса, по которому количество теплоты Q₁, отданное первым телом, равно количеству теплоты Q₂, полученному вторым телом.

Q₁= Q₂

Теплота и работа являются не видом энергии, а формой ее передачи, они существуют лишь в процессе передачи энергии.

В реальных условиях оба способа передачи энергии системе в форме работы и форме теплоты обычно сопутствуют друг другу.

Первое начало термодинамики.

На рисунке изображены энергетические потоки между термодинамической системой и окружающими телами. в результате теплообмена и совершаемой работы:

Величина Q > 0, если тепловой поток нправлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, то есть изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем).

Процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

ΔU = Q – A.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Q = ΔU + A.

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Задачи для самостоятельного решения ( Дмитриева В. Ф. Задачи по физике)

№ 2, стр. 148

Определите p — давление насыщенного водяного пара при температуре Т=290 К, если пло ность насыщенного водяного пара при этой температуре ρ=2,56·10^-2 кг/м³ (ответ р=3,43 Па)

№ 12, стр. 149

Определите m — массу стоградусного водяного пара, необходимого для нагревания m₁=10 кг воды от t₁=10^0С до t₂=60^0С. (ответ m=0,086 кг)

№ 1, стр. 156

Поверхностное натяжение керосина α=2,4·10^-2 Н/м. Какую работу А совершат силы поверхностного натяжения при уменьшении поверхностного слоя керосина на 25 см²? (ответ А=60 мкДж)

№ 7, стр. 156

В одной и той же капиллярной трубке вода поднимается на 50 мм, а спирт на 19 мм. Определите поверхностное натяжение спирта α_с. Поверхностное натяжение воды α_в=0,072 Н/м (ответ α_с=22·10^-3 Н/м)

№ 8, стр. 163

Определите Q — теплоту, необходимую для плавления свинца массой m=10 кг, находящегос при температуре плавления. Удельная теплота плавления свинца λ=25 кДж/кг. (ответ Q=250 кДж)

фактов — изменение климата: жизненно важные признаки планеты

›на испанском языке

Климат Земли менялся на протяжении всей истории. Только за последние 650 000 лет произошло семь циклов наступления и отступления ледников, причем резкое завершение последнего ледникового периода около 11700 лет назад ознаменовало начало современной климатической эры — и человеческой цивилизации. Большинство этих климатических изменений объясняется очень небольшими изменениями орбиты Земли, которые изменяют количество солнечной энергии, получаемой нашей планетой.

Научные доказательства потепления климатической системы неоспоримы.
— Межправительственная группа экспертов по изменению климата

Нынешняя тенденция к потеплению имеет особое значение, потому что большая часть этого потепления с высокой вероятностью (вероятность более 95%) является результатом деятельности человека с середины 20-го ^{-х годов} века и продолжается с беспрецедентной для десятилетий скоростью. тысячелетия. ¹

Спутники на околоземной орбите и другие технологические достижения позволили ученым увидеть общую картину, собирая множество различных типов информации о нашей планете и ее климате в глобальном масштабе.Эти данные, собранные за многие годы, выявляют сигналы об изменении климата.

Удерживающая тепло природа диоксида углерода и других газов была продемонстрирована в середине 19 века. ² Их способность влиять на передачу инфракрасной энергии через атмосферу является научной основой многих инструментов НАСА. Нет никаких сомнений в том, что повышенный уровень парниковых газов должен в ответ нагревать Землю.

Керны льда, взятые из Гренландии, Антарктиды и тропических горных ледников, показывают, что климат Земли реагирует на изменения в уровнях парниковых газов.Древние свидетельства также можно найти в кольцах деревьев, океанских отложениях, коралловых рифах и слоях осадочных пород. Эти древние, или палеоклиматические, свидетельства показывают, что нынешнее потепление происходит примерно в десять раз быстрее, чем средняя скорость потепления во время ледникового периода. Углекислый газ в результате человеческой деятельности увеличивается более чем в 250 раз быстрее, чем из природных источников после последнего ледникового периода. ³

Неопровержимые доказательства стремительного изменения климата:

Повышение глобальной температуры

Средняя температура поверхности планеты поднялась примерно на 2 градуса.05 градусов по Фаренгейту (1,14 градуса по Цельсию) с конца 19 века, изменение, вызванное в основном увеличением выбросов углекислого газа и других антропогенных выбросов в атмосферу. ⁴ Большая часть потепления произошла за последние 40 лет, причем шесть самых теплых лет за всю историю наблюдений приходились на период с 2014 года. Не только 2016 год был самым теплым годом за всю историю наблюдений, но и восемь месяцев этого года — с января по сентябрь, с за исключением июня — были самыми теплыми за эти месяцы за всю историю наблюдений.⁵

Потепление океана

Океан поглотил большую часть этого повышенного тепла, при этом с 1969 года в верхних 100 метрах (около 328 футов) океана наблюдается потепление более чем на 0,6 градуса по Фаренгейту (0,33 градуса Цельсия). ⁶ Земля сохраняет 90% дополнительной энергии В океане.

Термоусадочная пленка

Масса ледяных щитов Гренландии и Антарктики уменьшилась.Данные NASA Gravity Recovery and Climate Experiment показывают, что Гренландия теряла в среднем 279 миллиардов тонн льда в год в период с 1993 по 2019 год, в то время как Антарктида теряла около 148 миллиардов тонн льда в год. ⁷
Изображение: Талая вода с ледникового покрова Гренландии

и др.

Индикатор текущего объема ледяных щитов Антарктиды и Гренландии с использованием данных спутника НАСА Grace.
Интерактивное исследование того, как глобальное потепление влияет на морской лед, ледники и континентальные ледяные щиты во всем мире.

Ледниковое отступление

Ледники отступают почти повсюду по всему миру — в том числе в Альпах, Гималаях, Андах, Скалистых горах, на Аляске и в Африке. ⁸
Изображение: Исчезающий снежный покров горы Килиманджаро из космоса.

Сниженный снежный покров

Спутниковые наблюдения показывают, что количество весеннего снежного покрова в Северном полушарии уменьшилось за последние пять десятилетий, а снег тает раньше.⁹

Повышение уровня моря

Глобальный уровень моря поднялся примерно на 8 дюймов (20 сантиметров) в прошлом веке. Тем не менее, темпы роста за последние два десятилетия почти вдвое выше, чем в прошлом веке, и с каждым годом они немного ускоряются. ¹⁰
Изображение: Мальдивская Республика: Уязвимость к повышению уровня моря

Нисходящий арктический морской лед

Как протяженность, так и толщина арктического морского льда стремительно уменьшались за последние несколько десятилетий. ¹¹
Изображение: Визуализация минимума морского льда в Арктике в 2012 г., самого низкого за всю историю наблюдений

Ферменты: функции, определение и примеры

Ферменты ускоряют химические реакции в организме человека. Они связываются с молекулами и изменяют их определенным образом. Они необходимы для дыхания, переваривания пищи, работы мышц и нервов, а также для тысяч других функций.

В этой статье мы объясним, что такое фермент, как он работает, и приведем некоторые общие примеры ферментов в организме человека.

Ферменты состоят из белков, сложенных в сложные формы; они присутствуют по всему телу.

Химические реакции, которые поддерживают нашу жизнь — наш метаболизм — зависят от работы, которую выполняют ферменты.

Ферменты ускоряют ( катализируют ) химические реакции; в некоторых случаях ферменты могут производить химическую реакцию в миллионы раз быстрее, чем это было бы без нее.

Субстрат связывается с активным сайтом фермента и превращается в продуктов .Как только продукты покидают активный центр, фермент готов прикрепиться к новому субстрату и повторить процесс.

Пищеварительная система — ферменты помогают организму расщеплять более крупные сложные молекулы на более мелкие молекулы, такие как глюкоза, чтобы организм мог использовать их в качестве топлива.

Репликация ДНК — каждая клетка вашего тела содержит ДНК. Каждый раз, когда клетка делится, нужно копировать эту ДНК. Ферменты помогают в этом процессе, раскручивая спирали ДНК и копируя информацию.

Ферменты печени — печень расщепляет токсины в организме. Для этого он использует ряд ферментов.

Модель «замок и ключ» была впервые предложена в 1894 году. В этой модели активный центр фермента имеет определенную форму, и только субстрат может поместиться в него, как замок и ключ.

Эта модель была обновлена и называется моделью с принудительной подгонкой .

В этой модели активный центр меняет форму при взаимодействии с субстратом.После того, как субстрат полностью зафиксирован и занял точное положение, можно начинать катализ.

Ферменты могут работать только в определенных условиях. Большинство ферментов в организме человека лучше всего работают при температуре около 37 ° C — температуре тела. При более низких температурах они все равно будут работать, но гораздо медленнее.

Точно так же ферменты могут работать только в определенном диапазоне pH (кислотный / щелочной). Их предпочтения зависят от того, где они находятся в теле. Например, ферменты в кишечнике лучше всего работают при pH 7,5, тогда как ферменты в желудке лучше всего работают при pH 2, потому что желудок намного более кислый.

Если температура слишком высокая или окружающая среда слишком кислая или щелочная, фермент меняет форму; это изменяет форму активного центра, так что субстраты не могут связываться с ним — фермент стал денатурированным .

Некоторые ферменты не могут функционировать, если к ним не прикреплена специфическая небелковая молекула. Их называют кофакторами. Например, карбоангидраза, фермент, который помогает поддерживать уровень pH в организме, не может функционировать, если он не присоединен к иону цинка.

Чтобы системы организма работали правильно, иногда необходимо замедлить работу ферментов. Например, если фермент производит слишком много продукта, должен быть способ уменьшить или остановить производство.

Активность ферментов может быть подавлена несколькими способами:

Конкурентные ингибиторы — молекула блокирует активный центр, так что субстрат должен конкурировать с ингибитором, чтобы присоединиться к ферменту.

Неконкурентные ингибиторы — молекула связывается с ферментом где-то помимо активного центра и снижает эффективность его работы.

Неконкурентные ингибиторы — ингибитор связывается с ферментом и субстратом после того, как они связались друг с другом. Продукты с меньшей легкостью покидают активный центр, и реакция замедляется.

Необратимые ингибиторы — необратимый ингибитор связывается с ферментом и навсегда инактивирует его.

В организме человека тысячи ферментов, вот лишь несколько примеров:

Липазы — группа ферментов, которые помогают переваривать жиры в кишечнике.
Амилаза — помогает превращать крахмалы в сахара. Амилаза содержится в слюне.
Мальтаза — также содержится в слюне; расщепляет сахар мальтозу на глюкозу. Мальтоза содержится в таких продуктах, как картофель, макаронные изделия и пиво.
Трипсин — обнаружен в тонком кишечнике, расщепляет белки на аминокислоты.
Лактаза — также обнаруживается в тонком кишечнике, расщепляет лактозу, сахар в молоке, на глюкозу и галактозу.
Ацетилхолинэстераза — расщепляет нейромедиатор ацетилхолин в нервах и мышцах.
Helicase — распутывает ДНК.
ДНК-полимераза — синтезирует ДНК из дезоксирибонуклеотидов.

Ферменты играют огромную роль в повседневной работе человеческого тела. Связываясь с соединениями и изменяя их, они жизненно важны для правильного функционирования пищеварительной системы, нервной системы, мышц и многого, многого другого.

Ваша пищеварительная система и как она работает

На этой странице:

Что такое пищеварительная система?

Пищеварительная система состоит из желудочно-кишечного тракта, также называемого желудочно-кишечным трактом или пищеварительным трактом, а также печени, поджелудочной железы и желчного пузыря.Желудочно-кишечный тракт — это серия полых органов, соединенных длинной извилистой трубкой от рта до ануса. Полые органы, составляющие желудочно-кишечный тракт, — это рот, пищевод, желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник и задний проход. Печень, поджелудочная железа и желчный пузырь — твердые органы пищеварительной системы.

Тонкая кишка состоит из трех частей. Первая часть называется двенадцатиперстной кишкой. Тощая кишка находится посередине, а подвздошная кишка — в конце. Толстый кишечник включает аппендикс, слепую кишку, толстую и прямую кишку.Аппендикс представляет собой мешочек в форме пальца, прикрепленный к слепой кишке. Слепая кишка — это первая часть толстой кишки. Далее следует толстая кишка. Прямая кишка — это конец толстой кишки.

Пищеварительная система

Бактерии в желудочно-кишечном тракте, также называемые кишечной флорой или микробиомом, помогают пищеварению. Также помогают части вашей нервной и сердечно-сосудистой систем. Работая вместе, нервы, гормоны, бактерии, кровь и органы вашей пищеварительной системы переваривают продукты и жидкости, которые вы едите или пьете каждый день.

Почему так важно пищеварение?

Пищеварение важно, потому что ваше тело нуждается в питательных веществах из пищи и напитков для правильной работы и сохранения здоровья. Белки, жиры, углеводы, витамины, минералы и вода являются питательными веществами. Ваша пищеварительная система расщепляет питательные вещества на части, достаточно мелкие, чтобы ваше тело могло их усвоить и использовать для получения энергии, роста и восстановления клеток.

Белки распадаются на аминокислоты
Жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерин
Углеводы распадаются на простые сахара

MyPlate предлагает идеи и советы, которые помогут вам удовлетворить ваши индивидуальные потребности в отношении здоровья.

Ваша пищеварительная система расщепляет питательные вещества на части, достаточно мелкие, чтобы ваше тело могло их усвоить.

Как работает моя пищеварительная система?

Каждая часть вашей пищеварительной системы помогает перемещать пищу и жидкость по желудочно-кишечному тракту, разбивать пищу и жидкость на более мелкие части или и то, и другое. После того, как пища будет разбита на достаточно мелкие части, ваше тело сможет усвоить и переместить питательные вещества туда, где они необходимы. Ваш толстый кишечник поглощает воду, а продукты пищеварения превращаются в стул.Нервы и гормоны помогают контролировать процесс пищеварения.

Процесс пищеварения

Орган	Механизм	Добавлены пищеварительные соки	Разрушение частиц пищи

10 невероятных новых способов производства электроэнергии

Цивилизация находится под угрозой. Кажется очевидным, что традиционные методы производства электроэнергии неустойчивы, и мы должны найти новые способы производства электроэнергии, которые не производят столько углерода (или пыли от старых, таких как природный газ и ядерная энергия).

Потребность в альтернативных источниках энергии не нова. Мы видели массивные солнечные батареи, представленные в обширных пустынях, огромные ветряные электростанции на суше и в море, волновые лучи, преобразующие энергию наших океанов, а также появление и исчезновение биомассы.

Однако эти формы альтернативной энергии — не единственная игра в городе.Вот 10 новых способов производства электроэнергии.

1. Тепло уборочного тела

Несколько крупных городов разработали проекты, которые собирают тепло, оставшееся в их обширных системах метро.Миллионы пассажиров, а также двигатели поездов и тормоза, работающие в закрытом метро, выделяют огромное количество тепла.

Операторы метро тоже давно знают о проблеме тепла, поскольку им приходится тратить значительные суммы денег на отвод тепла обычными средствами. Однако операторы метро теперь используют это избыточное тепло с большей пользой: для электроснабжения и обогрева домов и предприятий. В Лондоне сотни домов в районе Хайбери и Ислингтон являются частью схемы сбора тепла от лондонского метро, в то время как аналогичные схемы существуют по всей Европе.

Но это не просто сбор и преобразование тепла в подземных метро.Например, торговый центр Mall of America площадью 2,5 миллиона квадратных футов использует тепло, выделяемое огромным потоком людей, проходящих через него. Эта жара борется с обычно суровой миннесотской зимой — настолько, что в здании нет традиционной системы центрального отопления — инновационное мышление дизайнеров еще в начале 90-х.

По теме: Сколько энергии потребляет ваш компьютер?

2. Конфискованный алкоголь

Кредит: Шведский биогазовый поезд через Викимедиа

Когда жизнь даст вам лимоны, сожгите их и используйте их для питания поездов.

Национальная таможенная служба Швеции ежегодно конфискует сотни тысяч алкогольных напитков, незаконно ввезенных контрабандой.Вместо того, чтобы выливать все это в канализацию, что является пустой тратой, почему бы не превратить это во что-нибудь полезное?

Работая со Svensk Biogas AB, шведское таможенное управление стремится продолжать превращать этот бесплатный ресурс в силу до тех пор, пока контрабандисты пытаются пересечь границу. К 2013 году автобусные парки более чем в десятке шведских городов работали на биогазе, хотя не все из контрабандного алкоголя.

3.Подгузники для взрослых б / у

Население Японии быстро стареет. В то время как старение японского населения может вызывать более широкую экономическую озабоченность, инновационная система вторичной переработки SFD компании Super Faiths Inc из Тоттори рассматривает это бремя как решение проблемы энергоснабжения и, безусловно, представляет собой интересный альтернативный способ производства электроэнергии.

Система вторичной переработки SFD принимает использованные подгузники, затем стерилизует, измельчает и сушит их в своей запатентованной машине, возвращая гранулы биомассы, готовые для сжигания в соответствующей печи, возвращая около 5000 ккал на кг переработанного.

Неплохая отдача для совершенно бесполезной свалки.Способная «обслуживать» около 700 фунтов использованных подгузников в день, эта система вполне может найти применение в домах престарелых и крупных больницах.

4. На танцполе

Кинетическая энергия, генерируемая нашими повседневными задачами, находится в центре внимания, поскольку станции метро, ночные клубы и спортивные залы начинают использовать пьезоэлектрические технологии сбора урожая.Пьезоэлектричество генерируется в некоторых кристаллах в ответ на силу сжатия. Если у вас есть поверхность, которая движется по какой-либо причине, вы можете прикрепить к ней пьезоэлектрические кристаллы и получить небольшое количество энергии.

Накопленная электрическая энергия может быть использована для электроснабжения служб в том же здании или районе или направлена в новое место.Пьезоэлектричество — не совсем новое явление, и DARPA оценивает пьезоэлектрические генераторы в сапогах солдат.

Однако мы используем пьезоэлектричество гораздо чаще, чем вы думаете: в электрических зажигалках используется пьезоэлектрический кристалл с напряжением, достаточным для воспламенения газа, в результате чего возникает пламя.

В дикой природе мы видели станцию токийского метро, в которой работают турникеты по продаже билетов, и первый в мире экологичный ночной клуб в Роттердаме, Нидерланды. Производство пьезоэлектрической энергии также перемещается в железнодорожный сектор.

В сотрудничестве с Университетом Технион и компанией Innowatech, занимающейся возобновляемыми источниками энергии, Израильские железные дороги установили 32 пьезоэлектрических устройства для улавливания энергии вдоль довольно загруженного участка железной дороги, собрав около 120 кВтч, которых достаточно для питания сигнальных огней и путевых механизмов.

5.Ториевые реакторы

Миниатюрные ядерные реакторы, работающие всего на одной тонне радиоактивного тория, могут быть включены в новое поколение местных схем производства электроэнергии. Тем не менее, ториевым реакторам потребуются нейтроны высокой энергии для запуска их делящейся активности, что побудило британских ученых начать работу над миниатюрными ускорителями частиц.

Прототип, Электронная модель многих приложений, или EMMA, работает при напряжении около 20 миллионов электрон-вольт, или 20 МэВ, что является хорошим началом.Тем не менее, сохраняется изрядная доля скептицизма в отношении использования тория и практических аспектов строительства и обслуживания большего числа местных ядерных реакторов.

6.Солнечная энергия в космосе

Предоставлено: Солнечная энергия в космосе через Викимедиа.
Что может быть более захватывающим или футуристическим, чем массивная солнечная батарея, плавающая на платформе над планетой, излучающая беспроводное электричество на поверхность Земли.У этого варианта много преимуществ: нет необходимости снимать ценную недвижимость на Земле и нет колебаний энергии, вызванных погодой.
Тем не менее, этой форме альтернативного производства электроэнергии предстоит пройти долгий путь.Беспроводная передача электроэнергии, долговременная радиационная защита, защита от метеоритов и огромная стоимость вывода оборудования на орбиту — лишь некоторые из камней преткновения.
Но Джон С. Манкинс, президент Ассоциации космической энергетики и Artemis Innovation, считает, что так же, как ядерная энергетика получила десятилетия исследований и миллиарды долларов финансирования исследований, почему бы не предпринять серьезных финансовых усилий для получения солнечной энергии из космоса?
На практике проект космической солнечной энергетики может работать примерно так:
Большой геостационарный массив будет собирать и фокусировать солнечный свет.
Фотоэлектрические элементы превратят этот свет в электричество.
Это электричество будет использоваться для питания микроволнового лазера, направленного на наземную станцию на Земле.
Микроволновая энергия будет приниматься антенной решеткой и преобразовываться обратно в электричество.
Связанный: Удивительные гаджеты на солнечной энергии, которые должен использовать каждый дом
7. Солнечный ветер
Предоставлено: Модель солнечного паруса IKAROS через Викимедиа.
Раз уж мы заговорили о космосе, давайте поговорим о солнечном ветре.
Солнечный ветер состоит из огромного количества заряженных частиц, испускаемых Солнцем с чрезвычайно высокой скоростью. В принципе, эти частицы могут генерировать электричество, используя огромный солнечный парус и заряженный провод, который генерирует энергию из солнечного ветра, проходящего по нему.
Согласно предварительному анализу Вашингтонского университета, количество энергии, которое вы можете генерировать, по существу безгранично, оно ограничено только размером используемого вами солнечного паруса.
Триста метров медного провода, прикрепленные к приемнику шириной два метра и 10-метровому парусу, могли бы вырабатывать достаточно электроэнергии для 1000 домашних хозяйств.
Спутник с кабелем длиной 1000 метров и шириной паруса 8400 км может генерировать один миллиард миллиардов гигаватт энергии.
Звучит неплохо? Было бы — если бы мы могли создать и запустить такой солнечный парус на подходящую орбиту.