Muncă - Lexicon de fizică
Lexiconul fizicii: munca
loc de munca, Termen pentru un termen care derivă din termenii forță și cale (sau cale) și este strâns legat de termenul energie. Unitatea de lucru SI este joule (J). (Unități de energie)
1) mecanica: Dacă un punct de masă este deplasat de-a lungul unei căi cu aplicarea unei forțe, se lucrează aici. Definiția matematică a muncii este
, in care F. denotă vectorul forței și dr elementul infinitesimal al căii C., de-a lungul căruia acționează forța. Se poate spune că munca este calea integrală a forței. În sens fizic, munca depinde doar de componenta forței F. efectuat, elementul cale dr este dirijat paralel. Din această definiție rezultă că o forță care are un punct de masă Nu schimburi (dr = 0), nu funcționează și că nu se lucrează nici măcar pe căi care sunt perpendiculare pe forță.
Drumul merge C. în cazul special drept și forța apucă întotdeauna în același unghi α atunci integralul devine pur și simplu produsul scalar
W. = F. · Δr = F.Δrcos (α).
Semnul lucrării este determinat astfel încât să fie pozitiv W. forța însăși funcționează, în timp ce în negativ W. impotriva forța muncii trebuie extinsă.
Conexiunea dintre muncă și energie este de ex. folosind exemplul Lucrări de accelerare clar. Dacă r(t) traiectoria centrului de greutate al unui corp de masă m este, apoi, pentru a accelera corpul, conform ecuației dinamice de bază, forța
pentru a fi aplicat și pentru munca necesară pentru a menține corpul la o viteză
1 pentru a accelera la o viteză v2 rezultate
in care E.rude, 2 - E.kin, 1 este schimbarea energiei cinetice.
indicarea explicită a traseului este în general necesar și poate fi omis doar dacă lucrarea depinde fără ambiguitate doar de punctul de început și de sfârșit al mișcării. Se apelează câmpurile de forță pentru care se aplică acest lucru conservator iar pentru ei o energie potențială
specifica. Lucrarea pentru mișcarea unui punct de masă de r1 după r2 este apoi pur și simplu diferența de potențial între aceste două puncte:
, și de-a lungul oricărei căi închise dispare:
.
Munca efectuată pe un sistem fizic într-un câmp de forță conservator este numită în sistem energie potențială și poate fi apoi salvat ca fișier energie kinetică să fie eliberat din nou: de ex. când se întinde elastic un arc cu constanta arcului k în jurul pistei X forța de refacere contracarând mișcarea kx a fi biruit. Aici funcționează tensiunea kx 2/2, care este stocată ca energie potențială în primăvară și recâștigată când este relaxată.
Un alt exemplu sunt mișcările din câmpul gravitațional al Pământului, care este, de asemenea, un câmp de forță conservator. Devine un corp de masă m în acest câmp pe orice cale către înălțime H ridicat, la fel și lucrarea de ridicare W. = F. · H = mgh necesar. Această muncă nu se pierde, corpul are energie potențială E.pot câștigat (se vorbește și despre Poziționează energia) care corespunde exact lucrului de ridicare. Dacă corpul cade înapoi la înălțimea inițială, va atinge viteza de acolo
(Legile căderii) și acum are energia cinetică
(Fricțiunea este ignorată aici).
Conversia energiei potențiale în energie cinetică și invers, care este caracteristică câmpurilor de forță conservatoare, conduce la legea conservării energiei în mecanică. În sistemele reale, pe lângă forțele conservatoare, joacă un rol și forțele disipative (fricțiunea) și forțele dependente de timp.
Pentru conceptul de muncă, timpul în care se execută lucrarea este irelevant. Cu toate acestea, poate fi util să ne uităm la munca efectuată pe unitate de timp. Termenul care intră apoi în joc este performanța.
2) Electrodinamică: Forța asupra unei sarcini într-un câmp electromagnetic este calculată ca
. Câmpul magnetic B. nu funcționează la sarcină, deoarece componenta de forță corespunzătoare este întotdeauna perpendiculară pe direcția de mișcare a sarcinii. Pentru că câmpul electric E. este conservator, adică în conformitate cu
pe un potențial φ poate fi urmărită înapoi, expresia generală pentru activitatea mișcării unei sarcini în câmpul electromagnetic rezultă ca produs al sarcinii și diferenței de potențial U:
Lucrarea electrică pentru cazul curenților staționari rezultă din aceasta
, in care
curentul electric și t este durata fluxului curent. Generalitatea este opera unui curent electric arbitrar dependent de timp
; acest lucru este simplificat pentru tensiunile alternative armonice
și
la
.
3) termodinamica: În termodinamică, conceptul de forță este extins. Forțele generalizate Xi sunt analogi mecanicii conform
Sunt definite,
unde xj parametrii externi ai sistemului precum sunt volumul, numărul de particule ale sistemului sau un câmp extern. Cel cu o modificare infinitesimală a parametrului xi munca depusă este atunci
, schimbarea energiei dE. este conform primei legi
, facand Î înseamnă căldură. Termodinamic, munca efectuată asupra unui sistem poate fi definită ca o schimbare a energiei prin schimbarea parametrilor externi cu izolație termică simultană, adică cu conținut constant de căldură al sistemului. Munca, ca și căldura unui proces, este în general dependentă de calea procesului în spațiul parametrilor externi; de aceea nu reprezintă o funcție de stare cu care se poate caracteriza starea de echilibru a sistemului. Dimensiunea este corespunzătoare
, marcat de liniuța de pe simbolul diferențial, nu un diferențial complet.
Cel mai simplu și în același timp cel mai important caz de lucru termodinamic este acela Schimbarea volumului funcționează, adică lucrarea care este necesară când volumul se schimbă dX = dV împotriva presiunii X = trebuie făcut. Sistemul termodinamic funcționează cu managementul procesului cvasistatic
= dV pe.
Un alt exemplu de lucru în sens termodinamic este cel pe care îl face un câmp electric în polarizarea unui dielectric. Depinde ce părți ale energiei sunt atribuite sistemului termodinamic. Se predă
, in care V volumul, E. câmpul electric și D. sunt deplasarea dielectrică. Această expresie conține atât componenta energetică pentru polarizarea mediului, cât și cea pentru câmpul electric (în vid). Dacă cineva neglijează energia câmpului, din cauza
polarizarea pură funcționează și ea
, in care înseamnă polarizare. Expresia energetică care trebuie utilizată depinde de întrebare și de situația experimentală dată.
În specificarea lucrului că un câmp magnetic de forță H trebuie să funcționeze pe un mediu magnetizabil pentru a magnetiza M. situația este analogă: dacă se ia în considerare energia câmpului, se aplică următoarele
. Dacă energia câmpului este neglijată, obținem opera pură de magnetizare
, deoarece
, in care B. care este inducția magnetică. Componenta energetică a câmpului magnetic joacă un rol decisiv în efectul magnetocaloric și demagnetizarea adiabatică.
4) Mecanica cuantică: Deoarece conceptul de muncă este strâns legat de conceptul de forță și conceptul de orbită, acesta nu joacă un rol esențial în mecanica cuantică, deoarece acești doi termeni sunt în mare parte abandonați în mecanica cuantică. Se vorbește numai de ex. oarecum imprecis din funcția de lucru a electronilor din rețeaua atomică.
Lucrarea 1: Pentru a lucra în mișcarea unei sarcini într-un câmp electric.
Lucrarea 2: Pentru a lucra la expansiunea unui gaz prin mișcarea unui piston.
S-ar putea să vă intereseze și: Spektrum - Die Woche: 48/2020
- Ediții digitale
- Ediții tipărite
- Vânzător de top
- Pachete
Opinia cititorului
Dacă aveți orice comentarii cu privire la conținutul acestui articol, puteți informa editorii prin e-mail. Vă citim scrisoarea, dar vă cerem să înțelegeți că nu putem răspunde tuturor.
Volumul personalului I și II
Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Inghetata Reinald
Natalie Fischer
Walter Greulich (editor)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Radoni Gunnar
MS (Optică) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller
Personalul Volumul III
Christine Weber
Ulrich Kilian
Autori (A) și consultanți (B):
Abrevierea autorului este între paranteze pătrate, numărul dintre paranteze rotunde este numărul zonei subiectului; o listă a subiectelor poate fi găsită în prefață.
Personalul Volumul IV
Dr. Ulrich Kilian (responsabil)
Christine Weber
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin
Autori (A) și consultanți (B):
Abrevierea autorului este între paranteze pătrate, numărul dintre paranteze rotunde este numărul zonei subiectului; o listă a subiectelor poate fi găsită în prefață.
Volumul personalului V
Dr. Ulrich Kilian (responsabil)
Christine Weber
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin
Autori (A) și consultanți (B):
Abrevierea autorului este între paranteze pătrate, numărul dintre paranteze rotunde este numărul zonei subiectului; o listă a subiectelor poate fi găsită în prefață.