Системы в электрических полях. Работа и энергия

СИСТЕМЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ. РАБОТА И ЭНЕРГИЯ [c.289]

Работой называют способ изменения состояния системы при помощи изменения ее внешних переменных, а теплотой — способ, не связанный непосредственно с изменением внешних переменных. Чтобы совершить работу, необходимо произвести макроскопические перемещения тел в системе или во внешней среде при расширении системы перемещаются окружающие ее тела, при электризации перемещаются тела в источнике, создающем электрическое поле, работа внешнего гравитационного поля связана со смещением положения источника гравитации относительно системы и т. д. Теплопередача происходит без подобных макроскопических перемещений. Молекулярный механизм теплопроводности состоит в передаче энергии от одного колеблющегося атома к другому, т. е. здесь тоже имеет место смещения атомов относительно центров равновесия, но микроскопические и неупорядоченные смещения, которые при усреднении в пространстве и во времени не сказываются на значениях внешних переменных. Теплоту иногда называют микроскопической работой, что несколько сближает терминологию термодинамики и механики (в последней работа является единственной причиной изменения состояния системы), но не меняет существа различий между этими понятиями. [c.38]

Всякая система тел, в которой действуют силы тяжести, упругие силы и силы электрического поля, созданного электрическими зарядами, обладает определенны.м ограниченным запасом работы, которую эти силы могут совершить. Этот запас работы, обусловленный конфигурацией тел системы, представляет собой потенциальную энергию системы. [c.129]

Энергия, переданная системой с изменением ее внешних параметров, также (Называется работой-W (а не количеством работы), а энергия, переданная системе без изменения ее внешних параметров, — количеством теплоты Q. Как видно из определения теплоты и работы, эти два рассматриваемых в термодинамике различных способа передачи энергии не являются равноценными. Действительно, в то время как затрачиваемая работа W может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии (электрической, магнитной, упругой, потенциальной энергии системы в поле и т. д.), количество теплоты Q непосредственно, т. е. без предварительного преобразования в работу, может пойти только на увеличение внутренней энергии системы. Это приводит к тому, что при преобразовании работы в теплоту можно ограничиться только двумя телами, из которых одно тело (при изменении его внешних параметров) передает при тепловом контакте энергию другому (без изменения его внешних параметров) при превращении же теплоты в работу необходимо иметь по меньшей мере три тела первое отдает энергию в форме теплоты (теплоисточник), [c.23]

Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительные конденсаторы, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие электрические колебания. Как видно из рис. 31, ток в контуре отстает от напряжения на первичной обмотке катушки зажигания на 90°. Через четверть периода (примерно через 60 мкс) напряжение на первичной обмотке катушки зажигания делается равным нулю ( 2 на рис. 31) и затем меняет свой знак, тиристор выключается и колебательный контур разрушается . Однако благодаря наличию диода Да ток в первичной обмотке катушки зажигания продолжает протекать в первоначальном направлении и разряд во вторичной цепи продолжается до тех пор, пока практически вся энергия, запасенная в магнитном поле катушки зажигания, не будет израсходована (/з на рис. 31). В результате возникает дуга более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания длительность дугового разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя (особенно при частичных нагрузках), уменьшая токсичность выхлопных газов, и, кроме того, облегчает запуск прогретого двигателя на богатой смеси. [c.50]

Частота колебаний плазмы — это частота самой низкой моды колебаний свободных электронов. Мы получили в п. 2.4 ( юрмулу (2.99). Типичные значения частоты колебаний плазмы (=со ,/2л) в дневное время лежат между Ю и 30 Мгц. Пусть к одному концу ионосферы приложена сила , создаваемая некоторой радиостанцией, работающей на типичных широковещательных частотах амплитудной модуляции порядка v=1000 кгц. В этом случае v< v , и ионосфера ведет себя как реактивная среда. Электромагнитные волны экспоненциально затухают, аналогично тому, что происходило в случае связанных маятников (см. рис. 3.11). При этом над ионосферой не совершается никакой работы, так как скорости каждого электрона сдвинуты на 90° по фазе по отношению к окружающему их электрическому полю. В случае системы маятников (см. рис. 3.11) средняя энергия, сообщаемая системе внешней силой, также равна нулю (затуханием пренебрегаем). Энергия, которая сообщается маятнику, возвращается им обратно в течение цикла. Несколько иначе обстоит дело в случае радиостанции и ионосферы. Станция получает обратно очень малую часть переданной в ионосферу энергии. Ионосфера не поглощает энергию, но волны отражаются к Земле, захватывая большой район и не попадая в передатчик. Такое отражение волн от ионосферы обеспечивает техническую возможность передачи радиоволн на большие расстояния к приемникам, находящимся вне поля зрения из-за кривизны поверхности Земли. Все это справедливо, если со меньше граничной частоты со ,. [c.136]

Назовем сумму кинетической и потенциальной энергий материальной точки ее механической энергией. Мы видим, что при движении материальной точки под действием силы, имеющей однозначный потенциал, ее механическая энергия сохраняет постоянную величину. Этот результат является частным случаем общего закона сохранения энергии, установленного работами Р. Майера и Гельмгольца в качестве универсального закона природы. Согласно этому закону, все явления, происходящие в окружающем нас мире, сопровождаются переходом энергии из одной ее формы в другую (например, из механической в тепловую, из электрической в механическую и т. д.) и притом так, что общий запас энергии, заключенной в замкнутой системе, остается постоянным. Движение материальных тел также сопровождается, вообще говоря, переходом механической энергии в другие формы энергии, и обратно. Такой переход не имеет места при движении материальной точки в потенциальном поле в этом частном случае механическая энергия, не переходя в другие формы энергии, сохраняет постоянное значение. [c.64]

Специфика использования работ электризации и намагничивания н термодинамике состоит в т ом, что возможны различные варианты набора электрической и магнитной энергии, которая включается во внутреннюю энергию системы, и от этого набора существенно зависят и физический смысл, и выражения для соответствующих работ. Так, известно, что индукция поля [c.160]

Хотя все это очень ясно, такое разделение системы на механическую и термическую неудобно тем, что работу термической части над механической совершает не все поле, существующее в месте расположения заряда е , а только та его часть, которая создается связанными зарядами диэлектрика. Можно иначе провести границу между термической и механической частями нашей системы, так чтобы это неудобство исчезло. Определение термической части, в которой могут иметь место как видимые, так и скрытые движения, настолько широко, что в ее состав можно включать какие угодно механические системы. Требуется лишь, чтобы остающиеся (не включенные в ( ])) механические системы ограничивали скрытое движение в пространстве, не давая ему уходить в бесконечность. Кроме того, когда мы говорим о части системы, не нужно непременно иметь в виду какие-то частицы, составляющие эту часть. Система может и не состоять из частиц, и характеризует ее определенный вид движения. Поэтому в нашей системе, состоящей из внешних зарядов, поля и диэлектрика, можно взаимную потенциальную энергию зарядов е (т. е. энергию их поля) включить в термическую часть. Тогда энергия механической части будет только кинетической, а работа будет определяться полной электрической напряженностью, действующей на заряды е [c.13]

Природа сил Xj различная, могут быть силы электрического или магнитного поля, механические и другие силы. Соответственно под координатами понимается не только положение системы в пространстве, но и состояние ее деформации, электризации, намагниченности и др. Речь идет, таким образом, об обобщенных силах X,- и обобщенных внешних координатах системы Vj. Обобш,ение состоит, в частности, в том, что в отличие от истинных механических сил и координат обобщенные силы и координаты могут иметь иную размерность при условии, что их произведение имеет размерность энергии. Например, сила, деленная на площадь, равняется давлению (Р), а изменение расстояния в направлении действия этой силы, умноженное на площадь граничной поверхности, — это изменение объема системы (dl ). Поэтому элементарная механическая работа против сил изотропного внешнего давления записывается в термодинамике как работа расширения системы [c.43]

Многополосковый ответвитель, описанный в работах [218, 219], предназначен для распространения пучка ПАВ между двумя каналами. Наиболее простой способ переноса изображен па рис. 7.25. Ответвитель включает систему параллельных металлических полос на пьезоэлектрической подложке. Верхняя часть системы составляет канал А, нижняя часть — канал Б. Вследствие действия пьезоэлектрического эффекта ПАВ, которая вышла нз преобразователя А, вызовет по ходу распространения в верхней части ответвителя (канал А) электрическое напряжение между соседними полосами. Между полосами в нижней части ответвителя создается электрическое поле благодаря пьезоэлектрическому эффекту ПАВ в канале Б. В результате переноса энергии амплитуда ПАВ в верхней части ответвителя уменьшается, а в нижней части возрастает, так что при определенном числе полос ПАВ будет перенесена из канала А в канал Б. Предположим, что каналы имеют одинаковую ширину. Максимальное число полос, необходимое для полного переноса энергии, можно приблизительно определить, исходя нз анизотропии электропроводности ответвителя [220], который в направлении, перпендикулярном полосам, действует как изолятор, а в направлении полос — как проводник. Ответвитель можно заменить условным слоем пренебрежимо малой толщины, обладающим идеальной анизотропией проводимости. В направлении распространения ПАВ этот слой не является проводником, а в перпендикулярном направлении он идеальный проводник. Амплитуду Ао входящей ПАВ разложи.м на симметричную As и асимметричную Аа составляющие (рис. 7.26). Потенциал симметричной составляющей в направлении полос является величиной постоянной, не влияющей на проводящие свойства слоя, поэтому симметричная составляющая амплитуды ПАВ распространяется со скоростью V, характерной для свободной поверхности. В отличие от этого проводимость слоя закорачивает потенциал [c.350]

Электрические двигатели являются в настоящее время наиболее перспективными для осуш,ествления длительных полетов в пределах Солнечной системы. Они могут применяться для корректировки орбиты спутников Земли и в ряде других случаев. Среди электрических двигателей на первое место могут быть поставлены плазменные двигатели, в которых реактивная тяга создается потоком плазмы. Энергия сообщается плазме нагреванием (за счет джоу-лева нагрева плазмы протекающим через нее током) или ускорением плазмы магнитным полем. Магнитное поле в плазменных магнитогидродинамических двигателях (МГД) не только служит для ускорения плазмы, но и предотвращает ее соприкосновение со стенками камеры и выходного сопла. Так как длительное удержание плазмы магнитным полем осуществить трудно, то плазменные двигатели работают в импульсном режиме. [c.228]

Сильный кольцевой постоянный магнит создает в узком кольцевом зазоре равномерное магнитное поле. В зазоре помещена обмотка на легком кольцевом каркасе — так называемая подвижная катушка преобразователя. Она подвешена на гибком воротнике или растяжках так, что, колеблясь вдоль своей образующей (вдоль зазора), она не касается магнитной системы. Если к подвижной катушке подвести переменный ток, то, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, он вызовет механическую силу, которая будет колебать подвил ную катушку. Если к подвижной катушке подсоединена какая-либо нагрузка (например, легкий поршень 1ли диафрагма, излучающая звук в окружающий воздух), то такой преобразователь будет совершать механическую работу, преодолевая активное механическое сопротивление подвеса катушки и сопротивление излучения звука в воздух. Электрическая энергия, г одводимая к катушке, частично перейдет в механическую, а частно рассеется в виде джоулева тепла. Полезный эффект в данном случае — это излученный звук. Мы не будем сейчас рассматривать, как именно излучается звук, будем просто считать, что кадушка, двигаясь, преодолевает некоторое механическое сопротивление. [c.49]

При протекании рабочих процессов во многих системах электрооборудования часть электрической энергии преобразуется в энергию электромагнитного поля, которое распространяется по тем же законам, что и любые электромагнитные волны. Излучение электромагнитного поля происходит при изменениях тока в контуре электрической цепи. Интенсивность излучения увеличивается с увеличением амплитуды и частоты изменения тока. Частота излучаемых электрооборудованием электромагнитных волн находится в широком диапазоне. Частоты, находящиеся в пределах 0,15—400,00 МГц, совпадают с частотами радио-и телепередач. Они нарушают нормальную работу радио- и телеприемников, т. е. являются помехами. [c.253]

Работы Фрелиха находятся в тесной связи с представлениями о высокой чувствительности некоторых биологических систем, особенно биомембран, к слабым электрическим и электромагнитным полям. Эти системы могут накапливать сигнал энергии и таким образом превышать тепловой Больцмановский шум (кТ), они могут обеспечиваться сравнительно малыми энергиями активации и при этом — быть защищены от тепловых флуктуаций [18]. С точки зрения эволюции, биологическая мембрана может быть рассмотрена как одна из наиболее элементарных диссипативных систем [61 ], которая является химически накачанной, открытой и устойчивой, а энергия, поставляемая ей, обеспечивается последовательностью обратных связей, как накопленного результата осцилляторных биохимических реакций [63 ]. Последние являются источником когерентных колебаний в биологической системе, которые могут переходить в низшие колебательные состояния, характеризующиеся высокой степенью пространственной когерентности по типу бозе-конденсации фононов. Общая теория когерентных колебаний в биологических системах была развита Фрелихом [34-38 ], где он рассматривает коллективные химические осцилляции, в которых белки, окружающие ионы и структурированная вода являются главными составляющими и осциллируют между сильным электрически полярным возбужденным состоянием и слабым полярным фоновым состоянием. Слабая химическая осцилляция в них связана с соответствующими электрическими колебаниями. Сильное электрическое взаимодействие между высокополярными состояниями в связи с сильным сопротивлением электрической проводимости налагает лимит-циклические ограничения на эти полярные системы, делая осцилляции крайне чувствительными к внешним электрическим и химическим влияниям. Ответы на них носят кооперативный характер, нелинейны и часто бывают сильными в ответ на сверхслабые стимулы [18 ]. [c.23]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...