Билет 9
Тепл. двигат – это многократно действующие устр-ства, преобразующие тепл. энерг. в механ. Любой тепл. двигат. , независимо от его конструктивных особенностей, состоит из 3 осн. частей: рабоч. тела, нагревателя и холодильника. Раб. тело – газ или пар – при расширении соверш. работу, получ. от
нагреват. некоторое кол-во тепло
ты Q. Температ. Т нагреват. остается при этом постоянной за счет сгорания топл. При сжатии раб. тело передает некоторое кол-во тепл. Q холодильнику – телу пост. темп. Т , меньш чем Т. Давл. газа при сжатии ниже, чем при расширении, и это обеспечив. Полезн. раб двигат. Холод. может служить и окруж. среда (двигат. внутренн. сгор., реакт двигат.). Согласно закону сохран. раб. соверш двигат равна:А=|Q| - |Q|, где Q – кол-во теплоты, получ. от нагреват, а Q – кол-во теплоты, отданн холод. Коэфф полезн действ (КПД) тепл двигат наз отнош работы А, соверш двигат, к кол-ву теплоты, получ от нагреват: При Т = Т двигат работать не может. Французский инж и учен Санди Карно придумал идеал теплов машину с идеал газом вместо раб тела. Он получил для КПД этой машины следущ знач: Карно доказал, что любая реальн теплов машина, работаюшая с нагреват, имеющем темпер Т и холод с темпер Т не может иметь КПД, превышающ КПД идеал теплов машины. Действ знач КПД приблиз равно 40%. Максим КПД имеют двигат Дизеля. Распространение теплов двигат на земле велико: это теплов и атомн электростанции; автомоб транспорт; водный транспорт (паровые турбины);в авиации и т.д. Негативн последств теплов двигат – это главн образом загрязн окруж среды, выбрасыв в атмосф сернистых соедин, оксидов азота, оксида углерода СО и др. Особ опасн в этом отнош представл автомоб, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.
Билет №22.
Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия, ее использование. Электронно-лучевая трубка.
Вакуум-это такое состояние газа в сосуде, при котором молекулы пролетают от одной стенки сосуда к другой, ни разу не испытав соударений друг с другом.
Вакуум-изолятор, ток в нем может возникнуть только за счет искусственного введения заряженных частиц, для этого используют эмиссию (испускание) электронов веществами. В вакуумных лампах с нагреваемыми катодами происходит термоэлектронная эмиссия, а в фотодиоде - фотоэлектронная.
Объясним, почему нет самопроизвольного испускания свободных электронов металлом. Существование таких электронов в металле – следствие тесного соседства атомов в кристалле. Однако свободны эти электроны только в том смысле, что они не принадлежат конкретным атомам, но остаются принадлежащими кристаллу в целом. Некоторые из свободных электронов, оказавшись в результате хаотического движения у поверхности металла, вылетают за его пределы. Микро участок поверхности металла, который до этого был электрически нейтральным, приобретает положительный некомпенсированный заряд, под влиянием которого вылетевшие электроны возвращаются в металл. Процессы вылета – возврата происходят непрерывно, в результате чего над поверхностью металла образуется сменное электронное облако, и поверхность металла образуют двойной электрический слой, против удерживающих сил которого должна быть совершена работа выхода. Если эмиссия электронов происходит, значит, некоторые внешние воздействия (нагрев, освещение) совершили такую работу
Термоэлектронная эмиссия-свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны.
Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, в которой создан высокий вакуум (10 в -6 степени-10 в -7 степени мм рт. ст.). Источником электронов является тонкая проволочная спираль (она же – катод). Напротив катода расположен анод в форме пустотелого цилиндра, к которому электронный пучок попадает, пройдя через фокусирующий цилиндр, содержащий диафрагму с узким отверстием. Между катодом и анодом поддерживается напряжение несколько киловольт. Ускоренные электрическим полем электроны вылетают из отверстия диафрагмы и летят к экрану, изготовленного из вещества, светящегося под действием ударов электронов.
Для управления электронным лучом служат две пары металлических пластин, одна из которых расположена вертикально, а другая горизонтально. Если левая из пластин имеет отрицательный потенциал, а правая – положительный, то луч отклонится вправо, а если полярность пластин изменить, то луч отклонится влево. Если же на эти пластины подать напряжение, то луч будет совершать колебания в горизонтальной плоскости. Аналогично будет колебаться луч в вертикальной плоскости, если переменное напряжение на вертикально отклоняющие пластины. Предыдущие пластины – горизонтально отклоняющие.
упорядоченного движения v следующей формулой I=qnvS. Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен: F=│q│∆lBsina. Подставляя сюда предыдущее выражение для силы тока, получим: F=│q│nvS∆lBsina=v│q│NBsina, где N=nS∆l – число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная:Fл=f/n=│q│vBsina, где а – угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v, и ее направление определяется правилом левой руки. Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление частицы. При движении заряженной частицы в однородном электрическом поле радиус движения частицы остается неизменным: mv²/r=│q│vB, отсюда r=mv/│q│B.
Билет №23
Электролиты – водные растворы солей, кислот и щелочей. При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы. Этот процесс называется электролитической диссоциацией. Степень диссоциации, т.е. доля молекул в растворенном веществе, распавшихся на ионы, зависит от температуры, концентрации раствора и диэлектрической проницаемости ε растворителя. С увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно, увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов. Ионы разных знаков при встрече могут снова объединится в нейтральные молекулы – рекомбинировать. Носителями заряда в водных растворах или расплавах электролитов являются положительно или отрицательно заряженные ионы. Поскольку перенос заряда в водных растворах или расплавах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.
Электролизом называют процесс выделения на электроде чистого вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.(или такая формулировка: Электролиз – это выделение веществ из электролита с последующим осаждением на электродах; или такая: Электролиз – это процесс выделения током химических составляющих проводника).
Фарадей сформулировал два закона электролиза:
1. 1. Масса вещества, выделяющегося из электролита на электродах, оказывается тем большей, чем больший заряд прошел через электролит: m~q, или m~It, где I – сила тока, t – время его прохождения через электролит. Коэффициент k, превращающий эту пропорциональность в равенство m=kIt, называется электрохимическим эквивалентом вещества.
2. 2. Электрохимический эквивалент тем больший, чем больше масса моля вещества и чем меньше его валентность: k~M/n (эта дробь называется химическим эквивалентом вещества). Коэффициент, превращающий эту пропорциональность в равенство, назвали постоянной Фарадея F:k=1/F•M/n. Постоянная Фарадея равна произведению двух констант – постоянной Авогадро и заряда электрона: F=6,02 10²³ моль‾¹ •1,6•10 в степени -19Кл≈9,6•10 в степени 4 Кл/моль. Итак: k=1/F•M/n.
Подставив (2) в (1): m=MIt/Fn. Это объединенный закон Фарадея для электролиза.
Электролиз применяется:
1. 1. Гальванопластика, т.е. копирование рельефных предметов.
2. 2. Гальваностегия, т.е. нанесение на металлические изделия тонкого слоя другого металла (хром, никель, золото).
3. 3. Очистка металлов от примесей (рафинирование металлов).
4. 4. Электрополировка металлических изделий. При этом изделие играет роль анода в специально подобранном электролите. На микронеровностях (выступах) на поверхности изделия повышается электрический потенциал, что способствует их первоочередному растворению в электролите.
5. 5. Получение некоторых газов (водород, хлор).
6. 6. Получение металлов из расплавов руд. Именно так добывают аллюминий.
Билет №19
Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика – порядка 10 в28степени 1/м3. Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью 10 в минус4 степени м/с. Наличие свободных электронов в металлах было доказано в опытах Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси (1913 г.), Б. Стюартом и Р. Толменом (1916 г.).
Опыт проводился следующим образом: на катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток прекращается. Ток (в металлах) создается движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе, т. е. |q|/m. Поэтому, измеряя заряд, проходящий через гальванометр за время существования тока в цепи, удалось определить это отношение. Оно оказалось равным 1,8▪10¹¹ Кл/кг. Скорость упорядоченного движения электронов прямо пропорциональна напряженности поля в проводнике (ν~E). Итак, электрический ток в металлах это направленное и упорядоченное движение свободных электронов.