Идеальная (обратимая) тепловая машина, цикл Карно презентация

обратимо отнять тепло ΔQ1 от нагревателя,

обратимо отдать часть тепла ΔQ2 холодильнику,

разность ΔQ1 — ΔQ2 передать поршню в виде механической работы ΔА.

Идеальная (обратимая) тепловая машина, цикл Карно

холодильника с температурой Т2

Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Цикл обратимый (квазистатический). Поэтому его можно представить на диаграмме.

Прямое направление: за счёт тепла полученного от нагревателя совершается работа – двигатель.

Обратное направление:
за счёт затраты работы тепло отбирается от холодильника – холодильная установка.

газ остывает до температуры холодильника Т2.

газ при температуре Т2 отдаёт холодильнику количество тепла Q2

Рассмотрим прямой цикл

Адиабатическое сжатие (4-1):

газ нагревается до температуры нагревателя Т1

КПД:

Теорема Карно:

КПД обратимых двигателей, работающих по циклу Карно, зависит только от температур Т1 и Т2 – нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства двигателя, ни от вида рабочего вещества.

КПД любой необратимой (реальной) тепловой машины, работающей с тем же нагревателем и холодильником, всегда ниже, чем у машины работающей по обратимому циклу Карно:

Проблема энергосбережения при использовании углеводородного топлива наиболее эффективно решается на основе прямого преобразования химической энергии органического топлива в электрическую энергию с помощью водородных топливных элементов

Не требует источника электричества для зарядки.

Напряжение 13.9 В, мощность 19.4 Вт.

Плотность энергии: 882 Вт/л - рекордная!

Размеры: 65*18*19 мм3 = 22 мл.

7

Разработка японской фирмы Casio: источник питания для ноутбука

ООО инновационная компания «МЕВОДЕНА», резидент СКОЛКОВО (к. 103)

Мембранная панель разработанная в ГУТ обращена непосредственно в плазму.

Large Helical Device

14

Корпускулярно-волновой дуализм (Луи де Бройль) : свет обладает одновременно волновыми и корпускулярными свойствами .

Согласно современным представлениям не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

В некоторых проявлениях свет ведёт себя как волна (электромагнитная): интерференция, дифракция.

В других – как поток частиц (фотонов): фотоэффект, эффект Комптона

Трёхвековая дискуссия

Зависит от свойств среды

с – скорость света в вакууме,

Р

От источника S1 в точку Р приходят колебания :

Результирующее колебание в точке Р:

- Интенсивности колебаний, приходящих в точку Р от 1-го и 2-го источника, и результирующая интенсивность колебаний соответственно.

Сложение однонаправленных колебаний одной частоты

От источника S2 в точку Р приходят колебания :

, где

Монотонное распределение интенсивности

Чередование максимумов и минимумов интенсивности

Интерференция, результат суперпозиции когерентных волн

Проблема когерентности в волновой оптике:

Волны естественного света не когерентны!

Временная когерентность: разность фаз двух колебаний в данной точке пространства остаётся неизменной во времени:

Время когерентности τ: время за которое случайное изменение фазы (α) достигает значения ≈π.

Поскольку световые волны испускаются атомами, τ - время спонтанного излучения атома τ ≈10-8 сек

Пространственная когерентность: определяется расстоянием l вдоль волновой поверхности, на котором случайное изменение фазы достигает значения ≈π.

Разные участки нагретых тел излучают независимо. Вблизи поверхности такого источника света l ≈ λ.

Волны естественного света (в отличие от волн испускаемых лазерами!) не обладают ни временной, ни пространственной когерентностью.

Решение для естественного света:
Использование одного монохроматического источника для формирования 2-х когерентных волн.

Длина волны в вакууме

фаза в точке Р

фаза в точке Р

Оптическая разность хода, дающая максимумы и минимумы интенсивности

Интерференция от двух когерентных источников света

Когерентные цилиндрические волны

Способ измерения длины волны света

Самостоятельно, Савельев т.3.

Преломлённвые каждой призмой лучи дают два мнимых изображения источника (S1 и S2) - когерентные источники световых волн.

Линейный источник света (наклённая нить, светящаяся щель)

Самостоятельно, Савельев т.3.

Самостоятельно, Савельев т.3.

Принцип Гюйгенса

Принцип Гюйгенса - Френеля

Принцип Гюйгенса + представление об интерференции вторичных волн

Огибающая вторичных волн, испущенных за время ∆ t, дает положение фронта волны в момент времени t + ∆ t .

Результирующее колебание в точке Р – суперпозиция колебаний, приходящих от всех dS волновой поверхности S :

Принцип Гюйгенса – Френеля в аналитической форме.

Во всяком случае это противоречит картинке:

Трудная вычислительная задача!

При высокой степени симметрии задача легко решается приближённым методом зон Френеля.

1)

S

P

волновая поверхность

S – точечный источник света.

P – произвольная точка пространства.

Расстояние от внешнего края т-ой зоны до точки Р :

4)

Свойства зон Френеля, прямолинейность распространения света

0.5 мм

Амплитуда результирующего колебания в точке Р может быть найдена алгебраически:

практически не меняется;

медленно растут

Фазы колебаний, приходящих в точку Р , от соседних зон Френеля отличаются на π .

ДО СИХ

Свет от точки S к точке P распространяется как бы в пределах узкого прямого канала, т.е. практически прямолинейно.

Вторичные волны гасят друг друга в результате интерференции

Фазы колебаний, приходящих в точку Р , от соседних зон Френеля отличаются на π .

перекрыты все нечётные зоны Френеля

перекрыты все чётные зоны Френеля

Перекрывание ≈ половины светового потока пластинкой Френеля

Резкое увеличение интенсивности в точке P
(эффект собирающей линзы, но линзы нет, среда однородна!)

Свет распространяется не прямолинейно!

Метод зон Френеля показывает

(1) почему несмотря на волновую природу света наблюдается его прямолинейное распространение,

(2) что благодаря волновой природе свет может распространяться в однородной, изотропной среде непрямолинейно.

Зонные пластинки
Френеля

Дифракция Френеля на круглом отверстии

Интенсивность света в центре экрана

m=4

Амплитуда колебаний в точке P

В центре экрана темно несмотря на отверстие!

Преграда с отверстием, открывающая небольшое чётное число зон Френеля, увеличивает амплитуду в центре экрана в ≈ 2, а интенсивность в ≈4 раза!

Удаление или приближение экрана (b) меняет освещённость в его центре при том же радиусе отверстия.

В точке Р’ частично закрывается 3-я зона и открывается 4-я – интенсивность уменьшается вплоть до 0.

В точке Р’’ открывается 5-я зона и интенсивность возрастает.

Симметрия относительно оси SP – интенсивность зависит только от r.

r

В точке Р всегда светло!! Свет проходит в область тени!

Амплитуда в точке Р:

Дискуссия о природе света, франц академия, 1818

Если m велико (например, большой диск),светлое пятно в центре исчезает.

Как мал должен быть диск? Несколько зон Френеля, т.е. диаметр несколько мм. Отнюдь не масштаба λ!!

На бесконечно длинную щель (b<

Щель, расположенная перпендикулярно рисунку.

Собирательная линза.

Экран, расположенный в фокальной плоскости линзы.

b - ширина щели