Термодинамика негіздері. Жылу машиналары.

Сынып.

1.Табиғат құбылыстары- табиғаттағы кез келген өзгерістер.

2.Физика-табиғаттағы физикалық құбылыстарды әрі денелердің физикалық қасиеттерін зерттейтін ғылым.

3.Астрономия-аспан денелерінде және олардың жүйелерінде өтетін құбылысты зерттейтін ғылым.

4.Материя-зат түрінде, жарық толқындары түрінде бізді қоршаған барша болмыс.

5.Табиғатты зерттудің негізгі әдістері( бақылау, эксперимент, теориялық әдіс)

6.Гипотеза-ғылыми деректер негізінде ұсынылған болжам.

7.Физикалық теория-физикалық құбылыстарды,олардың өзара байланыстарын түсіндіретін жүйелі білім.

8.Өлшеу-физикалық шаманы бірлік үшін қабылданған басқа біртекті шамамен салыстыру.

9.Физикалық шама-физикалық нысанды немесе құбылысты сипаттайтын өлшем бірлігі бар сан.

                                          1. Заттың құрылысы

1.Кез келген денені ұсақтап бөле отырып, ең соныңда бөлінбейтін бөлшек – атомды алуға болады.Атомдар үздіксіз қозғалады, әр түрлі денелердің атомдарының пішіні мен көлемдері де әр түрлі болады деп пайымдайды.

2.1827 жылы ағылшын ғалымы Р.Броун тәжірибе жүзінде молекулалардың үздіксіз әрі ретсіз қозғалыста болатынын дәлелдеді. Ұсақ бөлшектердің ауа мен сұйықтықтардағы ретсіз әрі үздіксіз қозғалуы броундық қозғалыс деп аталады.Бөлшектердің броундық қозғалысы атомдар мен молекулалардың бейберекет үздіксіз қозғалысының салдары болып табылады.

3.Қазіргі кезде молекулалар мен атомдарды үлкейтіп көрсететін электрондық жіне сканерлік зондтық микроскоптар мен иондық проекторлар бар.

4. Қазіргі кезде зат құрылысының молекулалы-кинетикалық теориясы жасалды. Зат құрылысының МКТ негізгі қағидаларын М.Ломоносов енгізді: 1.Барлық заттар өте ұсақ бөлшектерден – молекулалар мен атомдардан тұрады.2.Молекулалар мен атомдар үздіксіз ретсіз қозғалыста болады.3.Молекулалар мен атомдар өзара әрекеттеседі.

5.Кез келген атом үш түрлі элементар бөлшектердің жиынынан тұрады. Оларды электрон,протон және нейтрон деп атайды. Электрон мен протон зарядталған бөлшектер. Олардың зарядтары бірдей, бірақ таңбалары қарама-қарсы.Нейтрондың заряды жоқ.Нейтрондарда электр зарядтары сезілмейді.Протон мен нейтронның массалары бір-біріне шамалас.Протонның массасы электрон массасынан 1836 есе үлкен.

6.Әр элементтің атомы –сол элементтің химиялық қасиеттерін сипаттайтын ең ұсақ бөлшегі.

7.Әр заттың молекуласы – сол заттың ерекшелігін сипаттайтын ең ұсақ бөлшегі.

8.Бірзаттың молекул-ның екінші заттың молекул-ның араларындағы бос орындарға өтіп таралуын диффузиядеп атайды. Диффузия кезінде: денелерді құрайтын бөлшектер бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасады және үздіксіз қозғалыста болады.Дене көлемінің үлкен бөлігін бос кеңістік алып тұрады.

9.Заттың жылулық күйін сипаттау үшін температура деген ұғым ендіріледі.Дененің немесе заттың жылулық тепе-теңдік күйін сипаттайтын физикалық шама температура деп атайды.Температураны өлшегенде Цельсий,Кельвин және Фаренгейт шкаласын қолданады.Дене молекулаларының қозғалыс жылдамдығы неғұрлым үлкен болса, оның температурасы да соғұрлым жоғары болады.Дененің температурасы төмендеген сайын молекула мен атомдардың қозғалысы баяулай береді. Бірақ абсолют нөл градусқа жету мүмкін емес. Өйткені қозғалыс материяның ажырамас қасиеті. Цельсий,Кельвин және Фаренгейт шкаласынның байланыс өрнектер:          

               Т⁰К = t⁰С + 273,15 ; ⁰С = ( F – 32)*100/180 ; ⁰F= (⁰С *180/100) + 32

10.Температураның өзгеруіне байланысты зат үш түрлі күйде: қатты, сұйық және газ күйлерінде бола алады. 1. Қатты күйдегі денені қысып сығу немесе тартып созу өте қиын. Ол өзінің пішінін де, көлемін де өзгертпей, сақтайды.Пішіні мен көлемін сақтау – қатты денеге тән қасиет. 2.Сұйық күйдегі дене өзінің пішінін оңай өзгертеді, бірақ көлемін сақтайды. Сұйық құйылған ыдыстың пішінін қабылдайды.Аққыштық, көлемін сақтау және пішінін оңай өзгерту – сұйыққа тән қасиет.

3.Дененің газ күйіндегі молекулары оның басқа күйлеріне қарағанда тіптен алшақ орналасады.Газдардың қатты денелерден, сұйықтардан басты айырмашылығы олар берілген көлемді түгел қамтып орналасады. Газдың тұрақты көлемі мен нақты пішіні болмайды, ол берілген көлемді түгел қамтиды.

                                                          2. Қозғалыс.

1.Денелер уақыттың өтуіне қарай бір-бірімен салыстырғанда бастапқы орнын өзгерте алады. Сонымен, дененің уақыт өтуіне қарай басқа денелермен салыстырғандағы орнының өзгеруі механикалық қозғалыс деп аталады. Қозңалыс – барлық денелерге, табиғаттағы нәрселердің бәріне, бүкіл материялық дүниеге тән қасиет.

2.Санақ денесімен байланысқан сызықтар жүйесін координата жүйесі деп, ал сызықтардың қиылысу нүктесін санақ басы немесе координата басы деп атайды. Санақ жүйесі деп санақ денесімен байланысқан координата жүйесі мен сағатты айтамыз.

3.Материялық нүкте деп қозғалыстың қарастырылып отырған жағдайында өлшемдерін елемеуге болатын денені айтады.

4.Дененің н/се материялық нүктенің санақ денесімен салыстырғандағы қозғалысы кезінде сызық түрінде қалдырған ізі қозғалыс траекториясы деп аталады.Траекторияның түріне қарап қозғалысты түзусызықты немесе қисықсызықты ( мысалы, шеңбер бойымен, парабола бойымен т.б.) деп бөледі.

5.Дененің орын ауыстыруы деп дененің бастапқы орнын оның келесі орнымен қосатын бағытталған кесіндіні, яғни векторды айтады.

6.Дене кез келген тең уақыт аралықтарында ұзындығы бірдей жол жүрсе, ондай қозғалыс бірқалыпты қозғалыс деп аталады. Дене кез келген тең уақыт аралығында әр түрлі жол жүріп өтсе, ондай қозғалысты бірқалыпты емес қозғалыс деп атайды.

7.Әртүрлі қозғалыстар арасындағы айырмашылықты сипаттау үшін қозғалыс жылдамдығы деген физикалық шама енгізіледі. Жылдамдық деп қозғалыстың өзгерісін сипаттайтын шаманы айтады.

8.Бұлжылдамдық бірқалыпты түзусызықты қозғалатын нүктенің 1 с ішінде 1 метрге орын ауыстыратынын білдіреді. Бір қалыпты емес қозғалыстың жылдамдығы туралы сөз болғанда, жолдың берілген бөлігіндегі немесе берілген уақыт аралығындағы қозғалыстың орташа жылдамдығы деп айтылады.

9.Бірқалыпты түзусызықты қозғалатын дененің немесе материялық нүктенің координатасы уақыттың сызықты функциясы болып табылады.

10.Денеге басқа денелер әрекет етпесе, онда ол тыныштық күйінде болады немесе жермен салыстырғанда түзусызықты бірқалыпты қозғалады.Бұл жағдайда жененің жылдамдығы өзгермейді. Денеге басқа денелер әрекет етпеген кездегі жылдамдығын сақтау құбылысы инерциядеп аталады.

                                                        3. Масса және Күш.

1.Денелердің бір-біріне әрекет етуі өзара әрекеттесу болып табылады. Өзара әрекеттесу бұл күрделі құбылыс болып табылады.Егер дене басқа денемен әрекеттесуі кезінде жылдамдығын азырақ өзгертетін болса, онда бұл денені инерттілеу деп атайды. Әр түрлі денелердің инерттілігін салыстыру үшін масса деп аталатын физикалық шама енгізілген. Бұл әр дененің өзінің сол мезеттегі күйін өзгертуге кедергі жасай алатын қасиеті болатынын білдіреді. Дененің бөл қасиетін инерттілік деп атайды. Масса– денелердің инерттілігінің өлшемі болып саналады.

2. Екі  дененің массаларының қатынасы олардың өзара әрекеттесуі кезінде тыныштық күйінен шыққандағы алатын жылдамдықтары модульдерінің қатынасына кері пропорционал болады дейді.

3.Кез келгензаттың қасиетін сипаттайтын шаманы тығыздық деп атайды.Заттың тығыздығы деп сол заттың көлем бірлігіндегі массасына тең физикалық шаманы айтады.Заттың тығыздығын табу үшін дененің массасын оның көлеміне бөлу керек.

4. Күш – денелердіңөзара әрекеттесуін сипаттайтын шама. Әр түрлі дененің қозғалыс жылдамдығын бірдей шмаға өзгерту үшін оған әр түрлі күш түсіруіміз керек.Демек, күштің сан мәні көп те, аз да болуы мүмкін. Күш әрекеті сан мәніне (модуліне) ғана емес, оның бағытына да байланысты болады. Сонымен күш векторлық шама болып табылады, яғни ол сандық мәнімен қатар өзінің әрекет ету бағытымен де сипатталады.

5.Дене пішінінің немесе өлшемдерінің өзгеруін деформация деп атайды. Деформация пластикалық және серпімді болып бөлінеді. Пластикалық деформация деп күштің әрекеті тоқтағаннан кейін, дене өзінің бастапқы пішіні мен өлшемін өзгертетін болса. Серпімді деформация деп күштің әрекеті тоқтағаннан кейін дененің бастапқы пішіні мен өлшемі қайтадан қалпына келетін болса. Серпімділік күші –дененің деформациялануы кезінде пайда болатын күш және деформациялану кезінде ол дене бөлшектерінің ығысу бағытына қарама-қарсы жаққа қарай бағытталған. ( серпімділік күші денені қысқанда,созғанда,майыстырғанда,игенде пайда болады)

6.Серпімділік күші мен серпімді деформациянын арасындағы байланысты 1660 ж. ағылшын физигі Роберт Гук анықтаған болатын. Гук заңы бойынша – дененің созылуы немесе сығылуы кезіндегі серпімділік күшінің модулі дене ұзындығының өзгеруіне тура пропорционал.

7. Динамометр -  күшті өлшеу үшін арнайы арналған құрал. Қарапайым серпімді динамометрдің құрылысы кез келген түсірілген күшті сепімділік күшімен салыстыруға негізделген. Градуирлеу дегеніміз-құралды нақты бөліктері бар шкаламен жабдықтау.

8.Денеге бір мезгілде әрекет ететін бірнеше күштің әрекетіндей әрекет жасайтын күш сол күштердің теңәрекетті күші деп аталады.1.Егер екі күш денеге бір бағытта әрекет ететін болса, онда олардың теңәрекетті күші де сол түскен күштердің бағытымен бағытталады және осы күштердің сан мәндерінің қосындысына тең болады.2.Егер денеге қарама-қарсы бағытталған екі күш әрекет ететің болса, онда олардың теңәрекетті күш түсірілген үлкен күш бағытымен бағытталады және осы күштердің сан мәндерінің айырмасына тең.3.Егер денеге мәндері бойынша тең, ал бағыттары қарама-қарсы екі күш әрекет етсе, онда олардың теңәрекетті күші нөлге тең болады.                         F_R= F₁ + F₂ ; F_R = F₂- F₁ ; F_R = 0

9.ДенелердіңЖерге тартылу күшін ауырлық күші деп атайды.Демек, денеге әрекет ететін ауырлық күшінің модулі дене массасына тура пропорционал: F_a= m*g

Әр түрлі планеталарда массалары бірдей денелерге әрекет ететін ауырлық күші түрліше болады.Планетаның массасы неғұрлым аз болса, оның денелердің өзіне тартатын күші соғұрлым аз болады. Жерде g= 9,8 Н/кг, Меркурий g= 3,7 Н/кг, Шолпан g= 8,8 Н/кг, Марста g= 3,8 Н/кг, алып планета Юпитерде g= 24 Н/кг, Сатурнда g= 9,1 Н/кг , Уранда g= 9,8 Н/кг, Айда g= 1,6 Н/кг.

10.Дененің тірекке немесе аспаға әрекет ететін күші дененің салмағы деп аталады. Дененің салмағы векторлық шама және ол Рәрпімен белгіленеді. Дене мен тіректің (аспаның) деформациялануы серпімділік күшінің пайда болуына әкеледі.Дененің деформациялануы анық байқалмайтын және тірек өлшемдерін өзгерісін елемеуге болатын жағдайда серпімділік күшін тіректің реакция күші деп атайды. Тіректің денеге әрекет ететін күші тіректің реакция күші деп аталады.Егердене горизонталь орналасқан бер үстінде жатса, онда дененің салмағы, тіректің реакция күшіде сан мәні бойынша денеге әрекет ететін ауырлық күшіне тең болады, яғни Р=N=F_a

Алайда бұл күштер әр түрлі денелерге түсірілген.

11.Бір денеекінші дененің бетімен қозғалған кезде пайда болатын күш үйкеліс күші деп аталады.

Жанасатын денелердің бір-біріне қатысты қозғалысына қарай үйкеліс сырғанау үйкелісі, домалау үйкелісі, тыныштық үйкелісі болып бөлінеді. Үйкелістің пайда болу себептерінің біріне жанасатын беттердің кедір-бұдыр болуы жатады.Үйкелісті азайту үшін үйкелетін беттерді өңдейді.Жанасатын беттер молекулаларының өзара тартылысы үйкелістің пайда болуының басты себебі болып табылады. Азайту үшін кейде үйкелетін беттерді майлау арқылы арасын ажыратады да, олардың бір-біріне жанасуына кедергі жасайды. Дененің өзі жанасып тұрған бетке (жанасу бетіне перпендикуляр) түсіретін күшін нормаль қысым күші деп атайды. Нормаль қысым күшін тіректің реакция күші сияқты N әрпімен белгілейді. Дененің горизонталь бет бойымен қозғалысы кезінде нормаль қысым күші н/се тіректің реакция күші сан мәні бойынша ауырлық күшіне тең болады.   N = m*g , Жүргізілген көптеген тәжірибелер бойынша үйкеліс күшінің модулі қысым күшінің модуліне пропорционал болады. F_үйк =  =

                                                      4. Қысым.

1.Белгілі бір бетке түсетін күш әрекетінің нәтижесін сипаттайтын шаманы қысымдеп атайды. Қысым түсетін күштің модуліне ғана емес, осы күш перпендикуляр бағытта әрекет ететің беттің ауданына да тәуелді болады. Демек, Қысым бетке перпендикуляр бағытта әрекет ететін күштің осы беттің ауданына қатынасымен анықталады. P= F/S ( Па)        F= p*S ( Н )

2.Паскаль заңы бойынша:Сұйықтар мен газдардың қысымды барлық жаққа бірдей жеткізетінін дәлелдеді. Демек, сұйыққа немесе газға түсірілген қысым барлық бағыт бойынша өзгеріссіз беріледі. Сұйықтар мен газдардың қысымды барлық жаққа бірдей жеткізе алуы оларды құрайтын молекулалардың еркін қозғалғыштығымен тусіндіріледі.

3. Қарапайымгидравликалық машинаға көлденең қимасының ауданы әр түрлі болып келген екі жылжымалы поршеньдер орнатылған. Цилиндрлер бірімен-бірі өзара жалғастырылып, оларға сұйық толтырылады. Кіші поршеньнің ауданы  S₁ ал үлкен поршеньнің ауданы S₂ белгіленеді. Егер кіші поршеньге бір күш F₁ әрекет етсе, онда сұйыққа қысым  P= F₁/ S₁ түсіріліде. Паскаль заңы бойынша сұйық бұл қысымды үлкен поршеньге береді. Соның нәтижесінде үлкен поршеньге күш F₂ әрекет етеді.                      Р₁ = Р₂ ; F₁=P₁*S₁ ; F₂= P₂*S₂  онда,  F₂/F₁= S₂/S₁    

Яғниүлкен поршеньнің ауданы кішісінен қанша есе үлкен болса, үлкен поршеньге сонша есе үлкен күш әрекет етеді. Бұл дегеніміз S₂  S₁ ; S₂/S₁   1 ; F₂  F₁ деген сөз.Сөйтіп, гидравликалық машинаны пайдаланып , күштен ұтуға болады. F₂/F₁= h₁/h₂

Басқа сөзбен айтсақ, яғни біз күштен қанша есе ұтсақ, арақашықтықтан сонша есе ұтылады.

4. Газ молекулалары үлкен жылдамдықпен ретсіз қозғалып жүретіні белгілі. Сонда олар бір-бірімен әрі өзі тұрған ыдыстың қабырғаларымен соқтығысады. Газдың молекулалары өте көп, сондықтан олардың соқтығысу саны да көп. Жеке молекулалардың соққысы әлсіз болғанымен, барлық молекулалар соққысының ыдыс қабырғасына тигізетін әрекеті едәуір үлкен болып шығады. Міне, осыдан газ қысымы пайда болады. Сөйтіп, газдың ыдыс қабырғасына н/се газдың ішіндегі денеге түсіретін қысымы газ молекулаларының соқтығысуынан пайда болады. 1.газдың массасы мен температурасын өзгертпей, газдың көлемін кішірейтсе оның қысымы артады, ал көлемін ұлғайтса қысымы кемиді.2. газдың көлемі өзгермеген жағдайда, жабық ыдыстағы газдың температурасы неғұрлым жоғары болса, оның қысымы соғұрлым үлкен болады. 3.Сұйық қабаты неғұрлым төмен орналасқан болса, ондағы ауырлық күші әрекетінен болатын қысым соғұрлым үлкен болады. Сұйық бағанының ыдыстың табанына түсіретін қысымын былай есептейміз:                            P=        4.Кез келген пішінді қатынас ыдыстардағы тыныш тұрған біртекті сұйықтың еркін беттері бір деңгейде болады. Демек, қысымдары тең болғанда, тығыздығы үлкен сұйық бағанының биіктігі тығыздығы аз сұйық бағанының биіктігінен кем болады. h₁/h₂= /

Олай болса, қатынас ыдыстардағы іртекті сұйық бағандарының биіктігі олардың тығыздықтарына кері пропорционал.

5.Атмосфера бірнеше қабаттан тұрады. Ауырлық күшінің әрекетінен оның жоғарғы қабаттарына қысым түсіреді.Атмосфера – газ, соңдықтан ол Паскаль заңы бойынша өзіне түскен қысымды барлық бағытта таратады. Соның салдарынан Жер бетіне және ондағы барлық денелерге атмосфералық қысым түседі.Итальяндық ғалым Э.Торричелли жасаған тәжірибе бойынша 1м шыны түтікше сынаппен толтырылады, сол түтік ішінде биіктігі 76 см сынап бағаны қалады. Торричелли алғаш рет сынап бағанын атмосфералық қысым ұстап тұрады деп ой түйді. Атмосфералық қысымының ауа райына байланысты өзгеретінін де алғаш байқаған болатын. Атмосфералық қысымды сынап бағанының биіктігі бойынша есептейді. Атмосфералық қысымның бірлігі ретінде 1 мм.сынап бағаны алынады. 1 мм.сын.бағ.= 133,3 Па =1,33 гПа. Қалыпты жағдайда атмосфералық қысым 10⁵ Па тең. Атмосфералық қысымды өлшеуге арналған құрал барометрдеп аталады. Қалыпты атмосфералық қысым – биіктігі 760 мм.сын. бағ. Қысымына тең, 0⁰С температурадағы атмосфералық қысым. 760 мм.сын.бағ. = 10⁵Па. Атмосфералық қысым биіктікке байланысты өзгереді. Манометр – сұйықтың немесе газдың қысымын өлшеуге арналған аспап. Ареометр –сұйықтың тығыздығын өлшеуге арналған аспап.

6.Архимед заңы –сұйыққа батырылған денеге осы дене ығыстырып шығарған сұйықтың салмағына тең ығыстырушы күш әрекет етеді. Сұйыққа батырылған денені ығыстыратын күшті архимед күші деп атайды. F_A=  *g*V_д

Денеге әрекет ететін екі күш бұл жағдайда тең және қарама –қарсы бағытталғандықтан ( ауырлық күші төмен қарай, ал архимед күші жоғары қарай), дененің сұйық ішіндегі Р₁салмағы дененің ауадағы салмағынан архимед күшіне F_A=  *g*V_д тең шамаға кем болады, яғни Р₁ = Р - F_A  

Демек,сұйыққа батырылған дене өзі ығыстырып шығарған сұйықтың салмағына тең салмағын жоғалтады. Онда ,  F_A = P – P₁ немесе  *g*V_ы.с = P – P₁

V_ы.с – дене ығыстырған сұйықтың н/се газдың көлемі. Р – дененің салмағы, Р₁—дененің сұйық ішіндегі салмағы. Егер дене сұйыққа толық бататын болса онда V_д=V_ы.с тең болады.

7. Денелердің жүзу шарттары: 1.Егер дене сұйыққа толық батып, оның ішінде жүзіп жүрсе,онда денеге әрекет ететін ауырлық күші архимед күшіне тең, яғни  F_A= F_a

2. Егер денеге әрекет ететін ауырлық күші архимед күшінен артық, яғни F_a  F_A болса, онда дене сұйыққа батады.

3. Егер ауырлық күші архимед күшінен кем, яғни  F_a  F_A болса, онда дене жүзе бастағанға дейін сұйық бетіне көтеріледі.

8.Сұйықбетіндегі молекулаларға әрекет ететін теңәрекетті күшті беттік керілу күші деп аталады. Қылтүтіктер бойымен сұйықтың көтерілуі немесе төмен түсуі кезінде байқалатын құбылыстар қылтүтіктік құбылыстар деп аталады.

                                 5. Жұмыс. Қуат. Энергия. ПӘК.

1.Күш әрекетінен дене орын ауыстырғанда атқарылған жұмыс механикалық жұмыс деп аталады.

Сөйтіп, дененің қозғалу бағытында әрекет ететін күштің механикалық жұмысы күшке де, жүрілген жолға да тура пропорционал өседі. А= F*s , A= F*l , A= F*h   1Дж = 1H* 1м

2.Жқмыстың орындалу жылдамдығын сипаттайтын шама қуат деп аталады. Қарапайым тілмен айтқанда қуат деп жұмыстың сол жұмысты істеуге кеткен уақытқа қатынасын айтады. Тұрмыста да, техникада да орташа қуат деген ұғым жиі қолданылады.

                                                        N= A/t A= N*t   N= F* 1Вт = 1Дж *1с

3.Жер бетіндегі тіршіліктің көзі – энергия. Энергия ұғымы жұмыс және қозғалыс ұғымдарымен байланысты. Тек қозғалыстағы денелер ғана жұмыс істеуге қабілетті.Энергия әрқашанда дененің жұмыс істеуге қабілеттілігінің өлшемі болып табылады. Материяның барлық түрлерінің өзара әрекеттесуінің және қозғалысының жалпы сандық өлшемі энергия деп аталады.1.Қозғалыстағы денелердің істеген жұмысы олардың массаларына тәуелді, олай болса қозғалыстағы денелердің істеген жұмысы сол денелердің массаларына тәуелді деген сөз. 2.Дененің істеген жұмысы сол дененің жылдамдығына да тәуелді болады. Оның себебі : шар кіші биіктіктен құлағанда үлкен жылдамдыққа ие бола алмайды. Ал биіктіктен құлағанда оның қозғалыс жылдамдығы да үлкен болады. Шардың жылдамдығы жоғары болған сайын, білеушенің орын ауыстыру аралығы да ұзара береді. Демек ,істелген жұмыстың жүрген жолға да тура пропорционал болады. Сөйтіп, дененің жылдамдығы артқан сайын оның жұмыс істеу қабілеті де арта түседі.

4. Потенциалдық ( мүмкіншілік ) энергия деп әр түрлі денелердің өзара орналасуы бойынша анықталатын энергияны айтады. Жер бетемін салыстырғанда жоғары көтерілген дененің потенциалдық энергиясы болады. Ауырлық күші әрекет ететін жоғары көтерілген дененің потенциалдық энергиясы сол дененің массасына және көтерілу биіктігіне тәуелді. Е_п = mgh

Серпімді деформацияланған серіппенің энергиясы мына формуламен анықталады:

Е_п = kl²/2 ; Е_п = kx²/2 Серпімділік күшінің істеген жұмысы серіппенің потенциалдық энергиясының өзгерісіне тең: А= Е₁ – Е₂

5.Кинетикалық (қозғалыс) энергия деп денелердің қозғалу салдарынан туындайтын энергияны айтады.Дененің істейтін жұмысы оның қозғалыс жылдамдығына және массасына тәуелді.Сондай-ақ массалары бірдей, бірақ жылдамдықтары әр түрлі денелердің істейтін жұмыстары да әр түрлі болып келеді.Энергия –дененің жұмыс істеу қабілетінің өлшемі болғандықтан, денелердің кинетикалық энергиясы да жұмыс сияқты сол денелердің массалары мен жылдамдықтарына тәуелді өзгереді.Бұл дегеніміз: Кинетикалық энергиясы оның массасына және жылдамдығының квадратына тура пропорционал.    Е_к = m

Дененің механикалық энергиясыныңөзгерісі атқарылған жұмыстың шамасына тең:

А = W₂ – W₁= W=E_п   W= E_k     А= E_п2 –E_п1  A= E_к2 – E_к1

Дененің энергиясы оның басқа бір денелермен әрекеттесуі кезінде өзгереді. Ал денелердің өзара әрекеттесуін күш ұғымымен сипаттайды. Ендеше күштің жұмысы энергияның өзгерісін сипаттайды. Сондықтан: Күштің жұмысы энергия өзгерісінің өлшемі болып табылады.

6.Потенциалдық энергия н/се кинетикалық энергия тек белгілі бір денеге ғана тән емес.Мысалы, аспандағы ұшақтың Жермен салыстырғанда потенциалдық энергиясы да, кинетикалық энергиясы да бар.Дененің потенциалдық және кинетикалық энергияларының қосындысы механикалық энергия деп аталады.              W= Е_к + Е_п Механикалық энергия дененің жылдамдығына да, орналасқан қалпына да байланысты өзгереді. Екі энергияның қосындысы, яғни тұйық жүйенің механикалық энергиясы денелердің кез келген орналасу қалпында өзгеріссіз сақталады.

                                                 W= Е_к + Е_п = const

Механикалық энергияның сақталу заңы былай тұжырымдалады: тұйық жүйені құрайтын денелер арасында тек қана ауырлық күші мен серпімділік күші әрекет ететін болса, онда тұйық жүйенің механикалық энергиясы өзгеріссіз сақталады.

7.Айналу осібар денелердің тепе-теңдік шартын анықтау үшін күш моменті деген ұғым енгізіледі.Бұл ұғымды түсіндіру үшін айналатын денелердің қарапайым түрі иіндікті(рычагты) пайдаланады. Қозғалмайтын тіреудің н/се біліктің (осьтің) төңірегінде айнала алатын кез келген дене иіндік деп аталады.иіндіктің айналу осі өтетін О нүктесін тіреу нүктесі деп атайды.Тіреу нүктесінен иіндікке әрекет ететін күш орналасқан түзуге жүргізілген    d₁ н/се d₂ перпендикулярдың ұзындығын күш иіні деп атайды. Айналатын денеге түсірілген күштің күш иініне көбейтіндісі күш моменті деп атайды. М= F d, М₁ = М₂ , М₁= F₁ d₁ , М₂= F₂ d₂

Күш моментінің бірлігі үшін иіні 1 метрге тең 1 ньютон күштің моменті алынады. (Н*м )

Моменттер ережесі:айналатын дененің тепе-теңдігін сақтау үшін, денені сағат тілі жүрісіне бағыттас айналдыратын күш моменттерінің қосындысы оны сағат тілі жүрісіне қарсы бағытта айналдыратын күш моменттерінің қосындысына тең болуы керек.Екінші сөзбен айтсақ:біліктің сол жағындағы күштердің күш моменттерінің қосындысы біліктің оң жағындағы күштердің күш моменттерінің қысындысына тең болса, айналатын дене тепе-теңдікте тұрады.

8.Жай механизмдер, бірішіден,күштен ұтыс беру үшін, екіншіден, түсетін күш пен қозғалыстың бағытын өзгерту үшін қолданылады. Мысалы, ауыр жүкті тік көтеру орнына оны сол биіктікке көлбеу жазықтықты пайдаланып көтереді. Күшті түрлендіріп, қозғалыс бағытын өзгерту үшін қолданылатын құралдар жай механизмдер деп атайды.Жай механизмдерге мыналар жатады: иіндік, блок,шығыр,көлбеу жазықтық және оның өзге түрлері: сына, бұранда. Айнала алатын дененің тепе-теңдік шарты бойынша: F₁ d₁ = F₂ d₂ d₁- жұмысшыкүшінің иіні, d₂- жүктің ауырлық күшінің иіні. Жұмысшы күшінің иіні ауырлық күшінің иінінен неше есе үлкен болса, жқмысшы күштен сонша есе ұтады.

Блок дегеніміз –өз осінің төңірегінен айнала алатын, шетінде науасы бар доңғалақ тегершік. Блок наусы арқылы арқан, трос немесе шынжыр тасталады. Блоктар жылжымалы және жылжымайтын болып екіге бөлінеді.1. Жүк көтергенде айналу осі не жоғары, не төмен қозғалмайтын блок жылжымайтын блок деп аталады.Бұл блокта күштен ұтыс бермейді ( Р=F), бірақ күш әрәкетінің бағытын өзгертуге мүмкіндік жасайды. 2.Жүкпен бірге блоктың айналу осі де көтеріліп немесе төмен түсіп отырса, ондай блок жылжымалы блок деп аталады.Бұл блок күштен 2 есе ұтыс береді. F= P/2 P= 2F

9.Күштен ұтыс беретін қарапайым механизмдердің бір түрінекөлбеу жызықтық жатады.Денені көлбеужазықтықтың бойымен жылжытқанда жасалған жұмысқа тең: А =  , Fl = mgh , Fl = Ph , F/P = h/l , Бұл тепе-теңдік былай туындалады:Көлбеу жазықтықтың боймен денеге әрекет ететін тарту күші оның ауырлық күшінен неше есе кем болса, көлбеу жазықтықтың ұзындығы оның биіктігінен сонша есе артық болады.Басқа сөзбен айтсақ жай механизмдерді пайдаланып, күштен қанша есе ұтатын болсақ, орын ауыстырудан сонша есе ұтылатын боламыз.Жай механизмдердің барлық түрлеріне ортақ механиканың алтын ережесі: күштен қанша есе ұтсақ, орын ауыстырудан сонша есе ұтыламыз.

10. Механизмнің ПӘК :Машиналардың қандай түрін алсақ да, олардың жұмыстарының бір бөлігі белгілі ортада (ауада,сұйықта,қатты денеде) кедергі н/се үйкеліс күштеріне қарсы жұмыс атқаруға жұмсалады.Сөйтіп, механизмдерге берілген энергия олардың қозғалысқа келтіретін денелеріне тұтас күйінде жете алмайды.Осыдан барып механизмдер істейтін жалпы н/се толық жұмыс және пайдалы жұмыс деген ұғымдар енгізіледі. Механизмдердің өздерін қозғалысқа келтіретін жұмыс жалпы немесе толық жұмыс делінеді.Механизмдердің басқа денелерді қозғалысқа келтіретін жұмысы пайдалы жұмыс деп аталады.

Механизмнің немесе машинаның пайдалы әрекет коэффициентті ПӘК деп пайдалы жұмыстың толық жұмысқа қатынасын айтады.

                                                                   =  100%         ἠ =  100 %

Машиналар мен механизмдердің пайдалы әрекет коэффициенттері әрқашан 1- ден н/се 100% - дан кем болады. ПӘК-і 1- ге (100%) тең болатын мәңгі қозғалтқыштарды жасау мүмкін емес. Сондықтан А_пай  А_тол болады.

Сынып

1.Жылу құбылыстары.

1.Еске саламын:Механика денелердің бір-біріне қатысты орнын анықтауға мүмкіндік береді. Механикалық құбылыстарды сипаттау үшін әр дененің координаталары,жылдамдығы,массасы,өзара әрекеттесу күштері және т.б. жеке-жеке қарастырылады.Механикалық құбылыстардан кейінгі ең елеулі және танымал құбылыстар – жылу құбылыстар. Олар, денелерді қыздырумен н/се суытумен, яғни олардың температурасын өзгертумен байланысты.Бұл процестер денелердің кейбір қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.

Барлық денелер бір-бірімен тығыз емес, қандай да бір қашықтықта орналасқан заттың өте ұсақ бөлшектері болып табылатын атомдар мен молекулалардан тұрады. Атомдар мен молекулалар үздіксіз қозғалыста болады.Заттың атомдары мен молекулалары бір-бірімен тартылу және тебілу кұштері арқылы өзара әрекеттеседі.Заттың құрылысы мен қасиеттерін өзара байланыстыратын ең маңызды бөлімі болып табылатын молекулалық физиканың негізін құрайды.Молекулалық физика молекулалы-кинетикалық түсініктерден туындайды.

2.Ішкі энергия: Әлемді құрайтын бөлшектердің көзге көрінбейтін жылулық қозғалысы ешқашан, ешбір жағдайда тоқтамайды. Денелерді құрайтын бөлшектердің ретсіз ( хаостық) қозғалысын жылулық қозғалыс деп атайды. Молекулалардың ретсіз қозғалысын зерттеу нәтижесінде броундық қозғалыс ашылды.Сұйықтардағы немесе газдардағы микроскопиялық бөлшектердің үздіксіз бейберекет қозғалысын броундық қозғалыс деп атайды.Броундық қозғалыстың себебі неде? Р. Броун жаратылыстану саласында маңызды құбылысты 1827жылы ашса да, оның не себептен болатынын түсіндіре алмады. Бұл құбылыстын дұрыстығын және толық теориясын толық түсіндіріп 1905-1906 жылдары А.Эйнштейн  мен  М. Смолуховский жасады.

Броундық бөлшектер мен орта молекулаларының соқтығысы кезінде олардың бір-бірін теңгермеуі броундық қозғалыстың себебі болып табылады.Броундық бөлшек өзін қоршаған орта молекулаларымен соқтығысады.

Зат бөлшектерінің ретсіз қозғалысының келесі бір салдары – диффузия құбылысы. Диффузия құбылысы газдармен қоса сұйықтарда да, қатты денелерде де байқалады.Диффузия – бір заттың молекулалары немесе атомдарының екінші бір зат молекулалары немесе атомдарының арасына өтіп араласу құбылысы.

Температура жылу құбылыстармен тығыз байланысты. Температура – дененің жылулық күйін сипаттайтын физикалық шама. Жылудың берілуі нәтижесінде екі дененің бір-бірімен жылу (жылу энергиясының) алмасуын байқаймыз.Жылу алмасу – екі дене жанасқанда жылу берілу жолымен жылу энергиясының қаттырақ қыздырылған денеден азырақ қыздырылған денеге өту процесі.Жылуды қабылдайтын екінші денеге қарағанда жылу беретін дененің температурасы жоғары болады.Мұндай жүйенің көлемі,қысымы,температурасы сияқты параметрлерінде өзгерістер болуы мүмкін.Дененің температурасын термометрмен өлшейді.Температураны өлшеу үшін сынап,спирт сияқты термометрлік заттар қолданылады.Термометр – өзімен жылулық байланыста болатын дененің температурасын өлшеуге арналған құрал.Табиғаттағы ең төменгі шектік температура -273,15⁰С –қа тең.Ол температураның абсолют нөлі деп аталады. Цельсий шкаласы бойынша алынған  t⁰(С) температура мен Кельвин шкаласы бойынша алынған термодинамикалық Т⁰(К) абсолют температураның арасындағы байланыс: Т=( t + 273)К                     t= (T – 273)⁰С. Абсолют температура молекулалардың жылулық қозғалысының орташа кинетикалық энергиясына тура пропорционал болады. Температура – газ молекулалары қозғалысының орташа кинетикалық энергиясының өлшемі.Температураның физикалық мәні осында.

Газдың молекулалары мен атомдары үздіксіз ретсіз қозғалыста болады және олардың арасындағы өзара әрекеттесу күштерінің шамасы өте аз. Сондықтан газдардың ішкі энергиясы дегенде, негізінен, оның бөлшектерінің жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясының қосындысын айтады.Сұйықтармен қатты денелердің молекулалары мен атомдары тербелмелі қозғалыс жасайды және өзара әрекеттеседі. Сондықтан сұйықтардың және қатты заттардың ішкі энергиясы деп дене бөлшектерінің кинетикалық әрі потенциалдық энергияларын деп түсінеміз. Дененің ішкі энергиясы деп денені құрайтын бөлшектердің ретсіз қозғалысының және өзара әрекеттесуінің энергиясын айтады.Дененің барлық молекулаларының жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын дененің ішкі энергиясы деп атайды.Дененіңтемпературасы артқан сайын оның ішкі энергиясы да артады,өйткені молекуларлар қозғаласының орташа кинетикалық энергиясы артады.

3.Дене молекулаларыныңқозғалыс жылдамдығы өзгергенде,демек дененің температурасы өзгергенде оның ішкі энергиясы өзгереді.Зат температурасының өзгеруіне байланысты туындайтын процестер жылулық процестер деп аталады.Барлық жылулық процестер заттың ішкі энергиясының өзгеруіне байланысты өтеді.Ішкі энергияны басқа жолмен өзгертуге болады.Жүйенің ішкі энергиясын өзгертудің екі тәсілі бар: қоршаған денелермен жылу алмасу және механикалық жұмыс істеу ( үйкеліс,соққы,сығу). Денемен жұмыс істелмей немесе дененің өзі жұмыс істемей тұрғандағы ішкі энергияның өзгеру процесі жылу берілу деп аталады.

Жылу берілудің үш түрі бар: жылуөткізгіштік,конвекция ж/е сәуле шығару.

1.Ішкі энергияның дененің қызған бөлігінен салқын бөлігіне тікелей немесе аралық денелер арқылы берілу құбылысы жылуөткізгіштік деп аталады. Заттардың агрегаттық күйлеріне қарай (қатты,сұйық,газ тәрізді) жылуөткізгіштігі де түрліше болады,яғни ол зат молекулаларының өзара орналасуына тәуелді.Жылуөткізгіштік заттардағы энергияның алмасу сипатына тәуелді және дене бөлшектерінің орын ауыстыруына тәуелсіз болады.2.Конвекция дегеніміз сұйықтың немесе газдың ағыны арқылы энергияның тасымалдануы барысында жылу алмасу процесі.Қатты денелерде және вакуумде конвекция болмайды.3.Сәуле шығару(сәулелік жылу алмасу) деп электромагниттік толқындар көмегімен бір денеден екінші денеге энергияның берілу процесін айтамыз.Сәуле шығару энергиясының дененің ішкі энергиясына түрленуі жұтылу деп атайды.

Дене температурасы артқан сайын сәуле шығару қарқындылығы жоғары болады деген қорытынды шығады.Дененің беті қара түсті болса, ол – жақсы сәуле шығарғыш және жақсы жұтқыш.Энергияны жақсы жұтқыштар – сәулені жақсы шығарғыштар,ал сәулені нашар жұтқыштар – энергияны нашар бөлетіндер.

4.Жылу мөлшері:Ішкі эенргияны механикалық жұмыс істеу жолымен өзгертудің өлшемі жұмыс деп аталады.Жылу берілу кезінде ішкі энергияның өзгеруінің өлшемін жылу мөлшері деп атайды.

Қыздыру барысында судың  t₁ ж/е t₂ температураларының айырымы неғұрлым жоғары болу үшін оған анағұрлым көп жылу мөлшерін беру қажет. Жылу мөлшері – физикалық шама және ол температураның t₁ - ден t₂ –ге дейінгі өзгерісіне пропорционал: Судың массасы неғұрлым көп болса,оны белгілі бір температуралар айырымына дейін қыздыру үшін соғұрлым көп жылу мөлшері қажет.Суды салқындату барысында да осылай. Демек, денені қыздыруға қажетті немесе оның сйығанда бөлетін жылу мөлшері сол дененің массасына пропорционал.Денеге қажетті жылу мөлшері оның қандай заттан жасалғанына да байланысты.Денені қыздыруға қажетті немесе ол суыңанда бөлінетін жылу мөлшері заттың тегіне, массасына және оның температурасының өзгеруіне тәуелді. Q  (t₂ – t₁) ;   Q  m ;    Q  тегіне.

1гсуды  1⁰С –та қыздыру үшін берілетін жылу мөлшерін калория деп атайды. 1 кал = 4,19 Дж

1 ккал = 4200Дж = 4.2 кДж

5.Массасы 1 кг заттың температурасын 1⁰С –қа өзгерту үшін қажет жылу мөлшерін көрсететін физикалық шаманы заттың меншікті жылусыйымдылығы деп атайды. Меншікті жылусыйымдылығы 1 кг затты 1⁰ С-қа қыздырғанда немесе салқындатқанда оның ішкі энергиясының қандай шамаға өзгеретінін көрсетеді.Заттың меншікті жылусыйымдылығы оның әр түрлі агрегаттық ( қатты, сұйық,газ тәрізді) күйлерінде әр түрлі болып келеді.

Ережесі: Денені қыздыру кезінде берілген немесе салқындағанда одан бөлінетін жылу мөлшерін есептеу үшін заттың меншікті жылусыйымдылығын дененің массасына және жоғарғы температурасы мен төменгі температураларының айырымына көбейту керек.

          Q= cm ( t₂ – t₁) ; c= Q/m t₂ – t₁ ( Дж/кг* ⁰С) с – меншікті жылусыйымдылық.

6.Массасы 1 кг отын толық жанғанда бөлінетін жылу мөлшерін көрсететін физикалық шаманы отынның меншікті жану жылуы деп атайды. Кез келген массасы m отын толық жанғанда бөлінетін жылу мөлшерін есептеу үшін  q меншікті жану жылуын жанған отынның массасына көбейту керек. Q= qm     q ( Дж/кг)

7.Механикалыққұбылыстарда дененің кинетикалық энергиясы потенциалдық энергияға және керісінше ауысуы мүмкін.Сыртқы күштер әрекет етпейтін және үйкеліс күші жоқ денелер жүйесі тұйықталған немесе оқшауланған деп аталады. Жұмыс дегеніміз – потенциалдық энергиядан кинетикалық энергияға және керісінше ауысып отыратын механикалық энергияның өлшемі.Үйкеліс күші әрекет етпейтін оқшаланған денелер жүйесінің толық механикалық энергиясы өзгеріссіз қалады.Механикалық энергияның ішкі эенргияға және кері айналуының өлшемі – жұмыс. Жылу алмасудағы энергия берудің өлшемі жылу мөлшері болып табылады.Қоршаған ортамен жылу алмасу болмаса, жылу мөлшері бір денеден екінші денеге өткенде сақталады. Механикалық энергия мен ішкі энергияның қосындысын денелер жүйесінің толық энергиясы деп атайды. Е = W + U= E_к + E_п + U

Тұйықталғанжәне жылулық оқшаланған денелер жүйесінің толық энергиясы осы жүйеде болатын кез келген өзгерістер кезінде сақталады.( бұл энергияның сақталу және айналу зағы.)

8.Зат үш күйде болады:қатты,сұйық және газ тәрізді.Бұл күйлерді агрегаттық күйлері деп атайды.Заттың молекулалары қатты,сұйық және газ тәрізді күйлерде бірдей болады.Заттың әр түрлі күйлері молекулалардың орналасуымен,қозғалыс сипатымен және өзара әрекеттесуімен ғана анықталады. Заттың қатты күйден сұйық күйге айналу процесі балқу деп аталады.Заттың балқу кезіндегі температурасын заттың балқу температурасы деп атайды.

Заттыңсұйық күйден қатты күйге айналу процесін қатаю н/се кристалдану дейді.

Затқай температурада балқыса, сол температура қатаяды. Қатаю (кристалдану) балқу тәрізді тұрақты температурада өтеді. Q = cm ( t_бал – t₁ )

1 кгкристал затты балқу температурасында сұйыққа айналдыру үшін жұмсалатын жылу мөлшерін осы заттың меншікті балқу жылуы деп атайды. Q =       ( Дж/кг)

Кристалл зат сұйыққа толық айналған соң оған енді берілетін энергия алынған сұйықты  t_бал температурасынан қандай да бір  t₂температурасына  дейін қыздырады.Бұған қажетті жылу мөлшері:                           Q₂ = c₂ m ( t₂ – t_бал )   

9.Сұйықтыңбуға айналу құбылысы булану деп аталады. Сұйықтың бетінде жүретін булану кебу деп аталады. Булану жылуды жұтумен қатар жүреді. Будың сұйыққа айналу құбылысы конденсация деп аталады. Кебу жылдамдығы сұйықтың тегіне байланысты болады. Сұйықтың температурасы неғұрлым жоғары болса, булану соғұрлым тезірек жүреді.Сұйықтың булануы мен конденсациялануы қатар жүретіндіктен, жабық ыдыстағы сұйықтың массасы өзгермейді.Егер сұйық жабық ыдыста орналасса, онда оның булануы басқаша сипат алады.Сұйықтың бетінде бу молекулаларының концентрациясы артады. Бірақ сұйықтан ұшып кеткен бөлшектердің саны неғұрлым көп болса, сұйыққа қайта оралатындарының саны да соғұрлым көбейеді. Бұл күй бу мен сұйықтың динамикалық тепе-теңдігі деп аталады.

Өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдікте болатын буды қаныққан бу деп атайды.Өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдікте болмайтын, яғни қанығуға жетпеген будықанықпаған бу деп атайды.Басқаша айтқанда,булану конденсациядан басым болғанда сұйықтың бетіндегі бу қанықпаған болады.Қанықпаған будың тығыздығы қаныққан будың тығыздығынан кем болады.

10.Ауаның ылғалдылығы:Ауадағы су буы р  қысымының берілген температурадағы р_к қаныққан бу қысымына қатынасының пайызбен өрнектелетін шамасын ауаның   салыстырмалы ылғалдылығы деп атайды. 100% ;      100 % 

Бу (газ )қаныққан күйге өтіп конденсацияланған ( шық пайда болған) және салыстырмалы ылғалдылығы 100 % -ға тең болған кездегі температураны шық нүктесі деп атайды. Ауаның ылғалдылығын жылдам анықтау үшін көбіне психрометрлерді қолданады.

11. Қайнау: Сұйықтың барлық көлемінде жүретін булануды қайнау деп атайды.Бұл процесте қаныққан буға толы көпіршіктер түзіледі. Қайнау қаныққан будың қысымы сыртқы қысымға теңесетін температурада жүзеге асады.Қайнау сұйықтың қаныққан буының қысымы атмосфералық қысымға тең н/се одан сәл жоғары болатын температурада жүреді. Қайнау кезінде сұйықтың температурасы өзгермейді. Сұйық қайнайтын температураны қайнау температурасы деп атайды. Заттардың булануға қабілеттілігі меншікті булану жылуымен сипатталады. Меншікті булану жылуы ( r ) депсұйықтың бірлік массасын қайнау температурасында буға айналдыруға қажетті жылуды айтады.               Q = r m           r-( ДЖ/кг )

Термодинамика негіздері. Жылу машиналары.

1.Газы бар цилиндрге жылу берілгенде газдың ішкі энергиясы артады және поршеньді көтеру үшін жұмыс  А  атқарылады, бұл тәжірибенің нәтижесінен : Q =  + A - бұл термодинамиканың бірінші заңы.

«Жүйеге берілген жылу Q  оның ішкі энергиясының өзгерісіне және жүйенің сыртқы денелерге қарсы істейтін A  жұмысына жұмсалады» Егер Q жылу жүйеге, яғни газға берілсе, онда ол оң деп саналады. Егер жұмысты жүйе ( газдың көлемі ұлғайғанда) атқарса, жұмыс оңболады.Шамалардың біреуі нөлге тең болатын жағдайлар да кездеседі. Егер жүйе жұмыс атқармаса А = 0, онда алынған барлық жылу жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге жұмсалады                     ( Q= ). Егер газ қыздырылса, онда Q  және  газдың ішкі энергиясы артады. Газ салқындаған кезде оның ішкі энергиясы төмендейді.