energia - CHAHOR.pl

4. ENERGIĘ POTENCJALNĄ SPRĘŻYSTOŚCI posiadają odkształcone ciała
sprężyste.
ENERGIA – powtórzenie
1. PRACA mechaniczna jest wykonywana wówczas, gdy działającej sile towarzyszy
przesunięcie (przemieszczenie) ciała (lub jego odkształcenie)
W =F⋅s
a) jednostka pracy jest 1J (dżul), 1J = 1N ·1m
b) pracę wykonaną podczas podnoszenia (opuszczania) ciała oblicza się mnożąc
jego ciężar przez wysokość:
W = m·g·h
•
Uwaga: Wzór ten obowiązuje niezależnie od tego, w jaki sposób i po jakim torze
ciało pokonało tę wysokość.
c) graficznie pracę można wyznaczyć obliczając pole figury pod wykresem siły.
d) aby wykonać pracę, konieczne jest zużycie energii, przy założeniu, że nie ma
strat, zmiana energii ciała (układu) jest równa wykonanej pracy:
ΔE = W
2. ENERGIĘ KINETYCZNĄ posiadają ciała będące w ruchu.
a) jej wartość zależy od masy ciała i (szczególnie) prędkości;
m⋅V
E kin=
2
2
b) ponieważ energia ta zależy od kwadratu prędkości, więc gdy prędkość
wzrasta np. 3 razy to energia aż 9!
c) jednostką energii (każdej), podobnie jak pracy jest dżul.
3. ENERGIĘ POTENCJALNĄ CIĘŻKOŚCI (grawitacji) posiadają ciała znajdujące się
powyżej wybranego poziomu odniesienia (podniesione na pewną wysokość)
E pot =m⋅g⋅h
a) jej wartość zależy od masy ciała i wysokości (mierzonej względem poziomu
odniesienia);
b) im większa masa i wysokość tym ta energia ma większą wartość;
c) jak widać wykonanie pracy podczas podnoszenia (p.1b) jest równe zmianie
tej energii .
E s=
k⋅x 2
2
• jej wartość zależy od właściwości sprężystych ciała, opisywanych
przez współczynnik sprężystości "k" oraz stopnia jego deformacji
(wydłużenia, skrócenia itp) "x".
5. Sumę energii kinetycznej i potencjalnej ciała nazywa się ENERGIĄ
MECHANICZNĄ.
6. ZASADA ZACHOWANIA ENERGII stwierdza, że całkowita ilość energii
(również mechanicznej) w izolowanym układzie ciał nie ulega zmianie.
a) Podczas przemian energetycznych zmieniać się może forma energii, jej
kosztem może zostać wykonana praca, ale całkowita ilość pozostaje
stała.
•
PRZYKŁAD: podniesione ciało posiada Epot, która zamienia się podczas
spadku tego ciała w równą jej ilość Ekin: Epot = Ekin ( i na odwrót – wyrzucone
do góry ma Ekin, która zamienia się w Epot)
b) z zasady tej wynika, że energii się nie wytwarza, nie produkuje, a
jedynie zmienia jedną jej formę na inną, zazwyczaj łatwiejszą do
wykorzystania;
c) każdemu procesowi przemiany energii towarzyszą straty. Współczynnik
sprawności η określa jaki % pobranej energii został wykorzystany.
7. MOC określa, w jakim czasie została wykonana praca (jak szybko)
P=
W
t
• jednostką mocy jest 1 W (wat) 1W = 1J / 1s
8. Maszyny proste, do których należą : dźwignia jedno i dwustronna, blok
ruchomy, kołowrót, przekładnie zębate i pasowe, klin, równia pochyła
pozwalają wykonać tą samą pracę przy użyciu mniejszej siły (ale na
dłuższej drodze)
• warunek równowagi dźwigni:
F1 · r1 = F2 · r2
• (po obu stronach dźwigni iloczyn siły i długości ramienia jest
jednakowy)
9. Jednym ze sposobów przekazywania energii jest ENERGIA CIEPLNA (CIEPŁO).
Warunkiem koniecznym, aby ciepło mogło przepływać między ciałami (substancjami) jest istnienie
RÓŻNICY TEMPERATUR (przy czym ciepło przepływa zawsze od ciała o temperaturze wyższej do ciała
o temp. niższej)
a) ciepło może przepływać na skutek promieniowania, konwekcji lub przez bezpośrednie
przewodnictwo,
b) im większa różnica temperatury, tym wymiana ciepła zachodzi szybciej,
c) ciepło pobrane przez ogrzewaną substancję zależy od jej masy, ciepła właściwego oraz przyrostu
temperatury:
Q=m⋅c⋅ T
d) w ten sam sposób oblicza się ciepło tracone przez stygnące ciało.
a) ciepło właściwe określa, ile energii potrzeba do ogrzania 1kg danej substancji o 1oC.
•
im substancja ma większe cw, tym wolniej się nagrzewa, ale też dłużej stygnie.
10. Dopływ ciepła Q zwiększa
ENERGIĘ WEWNĘTRZNA ciała Ew (czyli sumę energii kinetycznej
i potencjalnej wszystkich cząstek substancji), analogicznie stygnące ciało zmniejsza swoją energię
wewn. Zmiana tej energii jest również możliwa poprzez wykonanie pracy W(np. praca przeciwko siłom
tarcia powoduje wzrost temperatury ciała).
Ogólnie (I zasada termodynamiki)
ΔEw = Q + W
11. W procesach, w których następuje przepływ energii cieplnej ciepło tracone przez ciało(a) X jest
pobierane przez ciało(a) Y. W układzie izolowanym ciepła te mają te same wartości, a ich zestawienie
nosi nazwę BILANSU CIEPLNEGO.
Qx = Q y
mx cx ΔTx = my cy ΔTy
12. Do zmiany ciała stałego w ciecz potrzebna jest energia. Ciepło pobrane podczas procesu topnienia
zależy od masy ciała i ciepła topnienia:
Q=m⋅c T
a) taka sama ilość energii jest oddawana przez ciecz podczas krzepnięcia (ciepło krystalizacji)
b) procesy te zachodzą (dla ciał o budowie krystalicznej) w stałej temperaturze
(na wykresie zależności temperatura - ciepło dostarczone/oddane przemianie odpowiada pozioma
linia)
13. Do zamiany cieczy w gaz również potrzebny jest dopływ energii. Chociaż ciecze parują stale, to
energię parowania oblicza się dla temperatury wrzenia, która mimo dopływu ciepła się nie zmienia.
a) Ciepło pobrane podczas procesu wrzenia zależy od masy ciała i ciepła topnienia (w temp. wrzenia)
Q=m⋅c p
b) z tego samego wzoru korzysta się, obliczając ciepło oddane przez skraplający się gaz.