Каждый метр двух параллельных проводов, находящихся в вакууме на расстоянии d=24 см друг от друга, при прохождении по ним токов притягивается с силой F=1,7 мН. Определите силу тока I2 во втором проводе, если по первому проходит ток силой I1=29 A.
Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).
Явление резонанса можно наблюдать на механических колебаниях любой частоты, в частности и на звуковых колебаниях. Проделаем следующий опыт. Поставим рядом два одинаковых камертона А и В, обратив отверстия ящиков, на которых они укреплены, навстречу друг другу. Ударяя резиновым молотком по камертону А, приведём его в колебание, а затем приглушим пальцами. Мы услышим звук, издаваемый вторым камертоном В, который отзывается на колебания камертона А подобно тому, как в опытах с маятниками, маятник С отзывался на колебания маятника А. Изменим период колебания камертона В, надев на ножку его небольшую муфточку. Повторив опыт, обнаружим, что теперь камертон В уже не отзывается на колебания камертона А. Звуковые волны, образованные камертоном А, дойдя до камертона В, возбуждают вынужденные колебания его с частотой, равной частоте колебаний камертона А. Если частота колебаний камертона В такая же, как и камертона А, то имеет место резонанс: камертон В колеблется сильно. Если же частота камертона В иная, то вынужденные колебания его будут настолько слабыми, что звука мы не услышим. Рассмотрим теперь, какую роль играют ящики, на которых устанавливают камертоны. Проделаем ещё один опыт. Опустим в сосуд с водой широкую стеклянную трубку и заставим звучать над её отверстием камертон. Вынимая трубку из воды, мы будем увеличивать столб воздуха в ней. При определённой длине столба воздуха в трубке мы услышим довольно сильный звук. Если продолжать вынимать понемногу трубку из воды, звук будет ослабевать и, наконец, перестанет быть слышимым. Измерения показывают, что наименьшая длина резонирующего столба воздуха всегда равна ? длины волны данного звука. Поэтому камертон устанавливается на резонансный ящик, который построен так, что длина его равна ? длины звуковой волны, возбуждаемой данным камертоном. При этих условиях столб воздуха в ящике колеблется в резонанс с колебаниями камертона, что и создаёт более сильную звуковую волну в окружающем воздухе, чем просто от одного только камертона. Резонансом широко пользуются в музыкальных инструментах для усиления их звука.Немецкий учёный Гельмгольц (1821–1894) построил особые резонаторы, каждый из которых отзывается только на один–единственный тон. Узким отверстием резонатор прикладывается к уху. Через широкое отверстие поступают в резонатор звуковые волны. Внутри резонатор полый. Собственный тон резонатора легко услышать, продувая струю воздуха около его широкого отверстия. В сложном звуке такой резонатор отзывается лишь на тон, совпадающий с его собственным тоном. Имея коллекцию таких резонаторов, можно проанализировать разные сложные звуки, издаваемые различными инструментами: струнными, духовыми, ударными, а также голосом. Удаётся таким выделять также отдельные тоны из различных шумов.? Резонаторы имеются и в нашем голосовом аппарате. Источники звука в голосовом аппарате – голосовые связки. Они приходят в колебание благодаря продуванию воздуха из лёгких и возбуждают звук, основной тон которого зависит от их натяжения. Этот звук богат обертонами. Гортань усиливает те из обертонов, частота колебаний которых близка к её собственной частоте. Дальше звуковые волны попадают в полость рта. Для произношения каждой гласной необходимо особое положение губ, языка и определённая форма резонаторной полости во рту.
Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).