Робота - Лексикон фізики
Лексика фізики: Праця
робота, Термін для терміна, який походить від термінів сила і шлях (або шлях) і тісно пов'язаний з терміном енергія. Одиницею роботи СІ є джоуль (J). (Енергетичні одиниці)
1) механіка: Якщо точка маси переміщена вздовж шляху із застосуванням сили, тут виконується робота. Математичне визначення роботи є
, в якій Ф. позначає вектор сили і dр нескінченно малий елемент шляху C., уздовж якого діє сила. Можна сказати, що праця - це інтегральний шлях сили. У фізичному сенсі робота залежить лише від компонента сили Ф. виконано, елемент шляху dр спрямована паралельно. З цього визначення випливає, що сила, яка має точку маси Ні зміни (dр = 0), не робить ніякої роботи, і що жодної роботи не виконується навіть на трактах, які проходять перпендикулярно до сили.
Шлях біжить C. в окремому випадку пряма і сила завжди захоплює під однаковим кутом α тоді інтеграл просто стає скалярним добутком
В. = Ф. · Δр = Ф.Δрcos (α).
Ознака твору визначається так, що з позитивною В. сама сила працює, а негативно В. проти сила праці повинна бути витрачена.
Зв'язок між роботою та енергією проілюстровано на прикладі Прискорювальна робота ясно. Якщо р(т) траєкторія руху центру ваги тіла маси м є, то для прискорення тіла, згідно з основним динамічним рівнянням, сила
застосовувати, а також для роботи, яка необхідна для підтримки тіла на швидкості
1, щоб розігнатися до швидкості v2
в якій E.родич, 2 - E.kin, 1 - це зміна кінетичної енергії.
явне зазначення маршруту загалом необхідний і може бути опущений лише в тому випадку, якщо робота однозначно залежить лише від початкової та кінцевої точок руху. Викликаються поля сили, для яких це стосується консервативний і для них потенційна енергія
вкажіть. Робота для руху точки масової частини р1 після р2 тоді просто різниця потенціалів між цими двома точками:
, і по будь-якому замкнутому шляху він зникає:
.
Робота над фізичною системою в консервативному силовому полі називається системою потенційна енергія а потім може бути збережена як кінетична енергія відпустити знову: Наприклад, коли пружина пружно розтягнута, константа пружини k навколо доріжки х відновлююча сила, що протидіє руху kx подолати. Тут працює натяг kx 2/2, яка зберігається як потенційна енергія навесні і відновлюється при розслабленні.
Іншим прикладом є рухи в гравітаційному полі Землі, яке також є консервативним силовим полем. Стає тілом маси м у цьому полі на будь-якому шляху до висоти H піднято, так само підйомні роботи В. = Ф. · H = mgh необхідний. Ця робота не втрачена, організм має потенційну енергію E.виграний банк (один також говорить про Позиційна енергія), що точно відповідає підйомній роботі. Якщо тіло впаде назад до початкової висоти, воно там досягне швидкості
(Закони падіння) і тепер має кінетичну енергію
(Тут тертя не враховується).
Перетворення потенційної енергії в кінетичну і навпаки, що характерно для консервативних силових полів, приводить до закону збереження енергії в механіці. У реальних системах, крім консервативних сил, роль відіграють також дисипативні сили (тертя) та сили, що залежать від часу.
Для поняття роботи час, протягом якого виконується робота, не має значення. Тим не менше, може бути корисно подивитися на виконану роботу за одиницю часу. Термін, який тоді вступає в гру, - це продуктивність.
2) Електродинаміка: Сила на заряд в електромагнітному полі обчислюється як
. Магнітне поле B. не працює на вантажі, оскільки відповідна силова складова завжди перпендикулярна напрямку руху вантажу. Тому що електричне поле E. є консервативним, тобто відповідно до
на потенціал φ можна простежити назад, загальний вираз для роботи руху заряду в електромагнітному полі є результатом добутку заряду та різниці потенціалів U:
З цього випливає електрична робота у випадку стаціонарних струмів
, в якій
електричний струм і т - тривалість поточного потоку. Загальним є робота довільно залежного від часу електричного струму
; це спрощено для гармонійних змінних напруг
і
до
.
3) термодинаміка: У термодинаміці розширено поняття сили. Узагальнені сили Сі є аналогами механіки згідно
Визначаються,
де xj зовнішні параметри системи, такі як об’єм, кількість частинок у системі або зовнішнє поле. Той, що має нескінченно малу зміну параметра xi виконана робота - це тоді
, зміна енергії dE. відповідно до першого закону
, роблячи Питання означає тепло. Термодинамічно роботу, виконувану в системі, можна визначити як зміну енергії через зміну зовнішніх параметрів при одночасній теплоізоляції, тобто при постійному вмісті тепла в системі. Робота, як і теплота процесу, як правило, залежить від шляху процесу в просторі зовнішніх параметрів; отже, він не представляє функції стану, за допомогою якого можна охарактеризувати стан рівноваги системи. Розмір відповідно
, позначений тире на символі диференціала, а не повний диференціал.
Найпростіший і в той же час найважливіший випадок термодинамічної роботи - це Робота зі зміною гучності, тобто робота, яка потрібна при зміні гучності dх = dV проти тиску X = стор треба зробити. Термодинамічна система виконує роботу з квазістатичним управлінням процесами
= сторdV на.
Інший приклад роботи в термодинамічному сенсі - це робота електричного поля при поляризації діелектрика. Це залежить від того, які частини енергії віднесені до термодинамічної системи. Воно здається
, в якій V гучність, E. електричне поле і Д. - діелектричне зміщення. Цей вираз містить як енергетичну складову для поляризації середовища, так і енергетичну складову для електричного поля (у вакуумі). Якщо нехтувати енергією поля, через
робота чистої поляризації теж
, в якій означає поляризацію. Який енергетичний вираз використовувати, залежить від питання та даної експериментальної ситуації.
Вказуючи роботу, що магнітне поле напруженості H повинні виконувати дії на намагнічуваному середовищі, щоб намагнічуватися М. ситуація аналогічна: Якщо враховувати енергію поля, застосовується наступне
. Якщо знехтувати енергією поля, ми отримаємо чисту роботу намагнічування
, оскільки
, в якій B. що є магнітною індукцією. Енергетична складова магнітного поля відіграє вирішальну роль у магнітокалорійному ефекті та адіабатичному розмагнічуванні.
4) Квантова механіка: Оскільки поняття роботи міцно пов'язане з поняттям сили та поняттям орбіти, воно не відіграє суттєвої ролі в квантовій механіці, оскільки ці два терміни в квантовій механіці в основному відмовляються. Говориться лише, наприклад, дещо неточно, про функцію роботи електронів з атомної решітки.
Робота 1: Працювати при русі заряду в електричному полі.
Робота 2: Працювати при розширенні газу рухом поршня.
Можливо, вас також зацікавить: Spektrum - Die Woche: 48/2020
- Цифрові видання
- Друковані видання
- Найкращий продавець
- Пачки
Думка читача
Якщо у вас є коментарі до змісту цієї статті, ви можете повідомити редакцію електронною поштою. Ми читаємо ваш лист, але просимо вас зрозуміти, що ми не можемо відповісти на кожен.
Персонал I і II
Сільвія Барнерт
Лікар. Матіас Дельбрюк
Лікар. Морозиво Рейнальда
Наталі Фішер
Вальтер Грейліч (редактор)
Карстен Хайніш
Соня Нагель
Лікар. Гуннар Радонс
MS (оптика) Лінн Шиллінг-Бенц
Лікар. Йоахім Шуллер
Персонал том III
Крістін Вебер
Ульріх Кіліан
Автори (A) та консультанти (B):
Абревіатура автора вказана в квадратних дужках, цифра в круглих дужках - номер предметної області; список предметних областей можна знайти в передмові.
Персонал том IV
Лікар. Ульріх Кіліан (відповідальний)
Крістін Вебер
Прив.-доз. Лікар. Дітер Гофман, Берлін
Автори (A) та консультанти (B):
Абревіатура автора вказана в квадратних дужках, цифра в круглих дужках - номер предметної області; список предметних областей можна знайти в передмові.
Персонал том V
Лікар. Ульріх Кіліан (відповідальний)
Крістін Вебер
Прив.-доз. Лікар. Дітер Гофман, Берлін
Автори (A) та консультанти (B):
Абревіатура автора вказана в квадратних дужках, цифра в круглих дужках - номер предметної області; список предметних областей можна знайти в передмові.