Tags: закон сохранения энергии

Уроки физики. №1

На этом уроке мы не будем никого разоблачать. Просто вспомним нужные нам определения и понятия. Если вы хорошо учились в школе, вы это знаете. Мы здесь просто соберем в кучку из того, что вы знаете, то, что нам надо.

Итак, под действием суммы сил тело перемещается.

Работой силы называется произведение величины этой силы на перемещение тела.

Сумма работ, произведенной каждой силой, равно работе суммы сил.

Это значит, что если тело перемещено на 1 метр, а действовали на него две силы в противоположные стороны, одна сила 1000 единиц, другая 1001 единицу, то первая сила совершила работу на 1000 единиц энергии, вторая сила совершила (затратила энергии) работу на 1001 единиц, а суммарная энергия перемещения составила (1001 — 1000)*1 = 1 единицу энергии.

Это понятно? Тогда ждем следующего урока.

Нет, не ждем. Из первого же урока нам надо извлечь пользу.

Если на тело действовала только одна сила величиной в 1 единицу, то суммарная работа суммы всех сил равна работе этой единственной силы, которая равна в свою очередь 1*1 = 1 единице энергии.

Вот что здесь надо понять: работа суммы сил в случае, когда тело переместилось на 1 метр под действием одной силы в 1 единицу, в точности равна  работе суммы сил в случае, когда тело переместилось на 1 метр под действием двух противоположно-направленных сил, одна в 1000, другая в 1001 единицу.

Вот теперь ждем следующего.

О цикле Карно уже совсем-совсем просто

Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат, составляющих четыре цикла, по два расширения и сжания.

dK0.png

Учоные маги говорят, что механическая работа, совершаемая газом при расширении, больше, чем механическая работа, совершаемая над газом внешней силой при сжатии. И здесь они не врут.

Далее они говорят, что работы расширения и сжатия под адиабатами равны. И опять они не соврали.

Но тогда получается, что именно под изотермами работа расширения (совершаемая газом) больше чем работа сжатия, совершаемая над газом.
И опять все верно, не так ли?

Тепло (энергия), полученное из нагревателя, в точности равно работе, совершенной газом под адиабатой расширения.
Тепло (энергия), отданное из рабочего тела в холодильник под адиабатой сжатия, в точности равно работе внешней силы над газом.

"Полезная работа" - это та энергия, которая безвозвратно отдается из двигателя во внешнюю среду.
То есть, двигатель отдал - и забыл. Нет больше этой энергии в системе.
Это безвозвратные потери, только "полезные".

Теперь начинаются тонкости, будьте внимательны, следите за руками.

"Полезная" работа, как нам говорят учоные, это разность между работами адиабатического расширения - совершается газом - и и работой адиабатического сжатия - совершается внешней силой.

Чисто математически никто не запретит нам сравнить количество яблок, проданных на колхозном рынке, и количество яблок же, проданных в местном сетевом универмаге. Мы даже узнаем, что кто-то из них продал меньше, а кто-то больше. И что?

Давайте, попробуем найти какую-нибудь связь между этими двумя разными работами в цикле Карно.

Первое, на что следует обратить внимание - это то, что работа. совершаемая газом - это часть отданной из устройства во внешнюю среду  энергии. А работа совершенная внешней силой - это энергия, полученная системой.

Отдали работы больше, чем получили, это так. И что? Как это должно быть учтено в энергетическом балансе, выраженном законом сохранения энергии?

Можно ли вот так просто взять, и вычесть одно из другого? Это ведь разные работы, совершенные разными силами.

Давайте уже составим баланс, в соответствии с законом сохранения энергии.

Итак, сколько энергии за цикл система получила?

Это, во-первых, тепло из нагревателя на этапе расширения, и... и это все. На этапе расширения больше энергии системой получено не было. Численно полученная энергия равна площади фигуры под изотермой АВ на рисунке.

Но на  этапе сжатия система получала механическую работу внешней силы - это площади под изотермой CD и адиабатой DA.

Теперь посмотрим, сколько система за цикл отдала энергии во внешнюю среду?

При расширении система отдает работу - площадь под АВ и ВС. При сжатии отдает тепло - площадь под CD.

За цикл внутренняя энергия рабочего тела не изменилась, поэтому закон сохранения энергии выражен равенством всей полученной энергии и всей отданной.

AB + CD + DA = AB + BC + CD

Теперь пусть "полезная" работа определена нами как разность между AB и CD

Коэффициент полезного действия в этом случае

КПД = (AB - CD) / (AB + CD + DA) = (AB - CD) / (AB + BC + CD)

А теперь сравните эту формулу с тем, что печатают в учебниках физики для детей и студентов первого курса ВУЗов.
Там печатают следующее:
КПД = (AB - CD) / AB

В чем тут подвох - разберитесь сами, это будет домашнее задание.

Подскажу: люди, изобретавшие "цикл Карно" и продвинувшие его в учебники для детей (включая Эйнштейна), очень плохо понимают, что такое закон сохранения энергии
----------
А вот и иллюстрация к тезису, "рецензия" от человека с эйнштейном в голове:


----------

И "наш ответ" рецензенту



https://diak-kuraev.livejournal.com/2549416.html?thread=494490536#t494490536