Munka - a fizika lexikona
Fizikai lexikon: Munka
munka, Olyan kifejezés, amely az erő és az út (vagy út) kifejezésekből származik, és szorosan kapcsolódik az energia kifejezéshez. A SI munkaegysége a joule (J). (Energiaegységek)
1) mechanika: Ha egy tömegpontot egy pálya mentén elmozdítunk egy erő alkalmazásával, itt munkát végeznek. A munka matematikai meghatározása az
, amiben F. jelöli az erő vektorát és dr az út végtelen kis eleme C., amely mentén az erő hat. Mondhatjuk, hogy a munka az erő útjának integrálja. Fizikai értelemben a munka csak az erő összetevőjétől függ F. végrehajtva, az útelem dr párhuzamosan irányul. Ebből a definícióból következik, hogy olyan erő, amelynek tömegpontja van Nem váltások (dr = 0), nem működik, és még az erőre merőlegesen futó utakon sem végeznek munkát.
Az út fut C. különleges esetben egyenes és az erő mindig ugyanabban a szögben ragad α akkor az integrál egyszerűen skaláris szorzattá válik
W. = F. · Δr = F.Δrcos (α).
A munka jele úgy van meghatározva, hogy pozitív W. maga az erő működik, miközben negatív W. ellen a munka erejét el kell tölteni.
A munka és az energia kapcsolatát a Gyorsító munka egyértelmű. Ha r(t) a testtömeg súlypontjának pályája m az, akkor a test felgyorsítása érdekében az alapvető dinamikus egyenlet szerint az erő
a test sebességének megőrzéséhez szükséges munkához
1, hogy gyorsuljon v2 sebességre
amiben E.rokonság, 2 - E.kin, 1 a mozgási energia változása.
A az útvonal kifejezett megjelölése általában szükséges, és csak akkor hagyható el, ha a munka egyértelműen csak a mozgás kezdő és végpontjától függ. Erőmezőket hívunk meg, amelyekre ez vonatkozik konzervatív és számukra potenciális energia
adja meg. A tömegpont mozgásának műve r1 után rA 2. ekkor egyszerűen a két pont közötti potenciális különbség:
, és bármely zárt út mentén eltűnik:
.
A fizikai rendszeren végzett munkát egy konzervatív erőtérben hívják meg a rendszerben helyzeti energia és ezután a-ként menthetők el kinetikus energia engedje fel újra: Ha például egy rugó rugalmasan megnyúlik, akkor a rugó állandó k a pálya körül x a mozgást ellensúlyozó helyreállító erő kx legyőzni. Itt működik a feszítés kx 2/2, amelyet potenciális energiaként tárolnak tavasszal, és lazításkor visszanyerik.
Egy másik példa a föld gravitációs mezőjének mozgása, amely szintén konzervatív erőtér. Tömeges testté válik m ezen a mezőn a magasság bármelyik útján H emelt, így az emelési munka is W. = F. · H = mgh szükséges. Ez a munka nem veszett el, a testben van potenciális energia E.pot nyert (az egyik is beszél Helyezze az energiát), amely pontosan megfelel az emelési munkának. Ha a test visszaesik az eredeti magasságba, akkor eléri az ottani sebességet
(A bukás törvényei), és most rendelkezik a mozgási energiával
(Itt nem veszik figyelembe a súrlódást).
A potenciális energia átalakítása kinetikus energiává és fordítva, ami a konzervatív erőterekre jellemző, az energia megmaradásának törvényéhez vezet a mechanikában. A valós rendszerekben a konzervatív erők mellett a disszipatív erők (súrlódás) és az időtől függő erők is szerepet játszanak.
A munka koncepciója szempontjából nem releváns az az idő, amely alatt a munkát elvégzik. Ennek ellenére hasznos lehet megnézni az időegységenként elvégzett munkát. Az a kifejezés, amely aztán szóba kerül, a teljesítmény.
2) Elektrodinamika: Az elektromágneses térben lévő töltés erejét a következőképpen kell kiszámítani
. A mágneses mező B. nem végez munkát a terhelésen, mivel a megfelelő erőösszetevő mindig merőleges a terhelés mozgásirányára. Mivel az elektromos mező E. konzervatív, azaz összhangban van
egy potenciálon φ visszavezethető, az elektromágneses térben a töltés mozgásának munkájának általános kifejezése a töltés és a potenciálkülönbség szorzataként jelenik meg U:
A helyhez kötött áramok esetében az elektromos munka ebből következik
, amiben
az elektromos áram és t az áramlás időtartama. Az Általános egy önkényesen időfüggő elektromos áram munkája
; ezt egyszerűsítik a harmonikus váltakozó feszültségek
és
nak nek
.
3) termodinamika: A termodinamikában kibővül az erő fogalma. Az általánosított erők Xi szerinti mechanikával analógok
Meg vannak határozva,
hol a xj a rendszer külső paraméterei, például a térfogat, a rendszerben lévő részecskék száma vagy egy külső mező. A paraméter végtelen kis változásával xi az elvégzett munka akkor
, az energia változása dE. az első törvény szerint
, azzal, hogy Q a meleget jelenti. Termodinamikailag a rendszeren végzett munka energiaváltozásként definiálható a külső paraméterek egyidejű hőszigeteléssel történő megváltoztatásával, vagyis a rendszer állandó hőtartalmával. A munka, akárcsak egy folyamat hője, általában függ a folyamat útjától a külső paraméterek terén; ezért nem jelent olyan állapotfüggvényt, amellyel a rendszer egyensúlyi állapota jellemezhető. A méret ennek megfelelően
, a differenciál szimbólumon a kötőjel jelöli, nem a teljes differenciál.
A termodinamikai munka legegyszerűbb és egyben legfontosabb esete az Hangerő-változtatási munka, azaz a munka, amelyre szükség van, ha a térfogat változik dx = dV a nyomás ellen x = o meg kell csinálni. A termodinamikai rendszer kvázistatikus folyamatkezeléssel végzi a munkát
= odV tovább.
A termodinamikai értelemben vett munka másik példája az, amelyet egy elektromos mező végez egy dielektrikum polarizációja során. Attól függ, hogy az energia mely részei vannak hozzárendelve a termodinamikai rendszerhez. Megadja magát
, amiben V a hangerő, E. az elektromos mező és D. a dielektromos elmozdulás. Ez a kifejezés a közeg polarizálásához szükséges energia komponenst és az elektromos tér (vákuumban) energiakomponensét is tartalmazza. Ha valaki elhanyagolja a térenergiát, akkor
a tiszta polarizáció is működik
, amiben a polarizációt jelenti. Az, hogy melyik energia kifejezést kell használni, a kérdéstől és az adott kísérleti helyzettől függ.
Annak meghatározása során, hogy a mágneses erőtér H mágnesezhető közegen kell teljesítenie a mágnesezés érdekében M. a helyzet analóg: Ha a térenergiát figyelembe vesszük, akkor a következők érvényesek
. Ha a mezőenergiát elhanyagoljuk, akkor a mágnesezés tiszta munkáját kapjuk meg
, mivel
, amiben B. ami mágneses indukció. A mágneses tér energiakomponense meghatározó szerepet játszik a magnetokalorikus hatásban és az adiabatikus demagnetizációban.
4) Kvantummechanika: Mivel a munka fogalma szorosan kapcsolódik az erő fogalmához és a pálya fogalmához, ezért nem játszik alapvető szerepet a kvantummechanikában, mert a kvantummechanikában ezt a két kifejezést nagyrészt elhagyják. Az ember csak - például kissé pontatlanul - beszél az atomrácsból származó elektronok munkaműködéséről.
1. munka: Dolgozni a töltés mozgásában egy elektromos mezőben.
2. munka: Dugattyú mozgatásával a gáz tágulásában dolgozni.
Ön is érdekelheti: Spektrum - Die Woche: 48/2020
- Digitális kiadások
- Kiadások nyomtatása
- Legjobb eladó
- Kötegek
Olvasói vélemény
Ha észrevétele van a cikk tartalmával kapcsolatban, e-mailben értesítheti a szerkesztőket. Olvastuk levelét, de kérjük megértését, hogy nem tudunk mindenkire válaszolni.
Személyzet I. és II
Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Reinald fagylalt
Natalie Fischer
Walter Greulich (szerkesztő)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Gunnar Radons
MS (optika) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller
Személyzet III. Kötet
Christine Weber
Ulrich Kilian
Szerzők (A) és tanácsadók (B):
A szerző rövidítése szögletes zárójelben, a kerek zárójelben szereplő szám a tárgyterület száma; a tárgykörök listája megtalálható az előszóban.
Személyzet IV. Kötet
Dr. Ulrich Kilian (felelős)
Christine Weber
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin
Szerzők (A) és tanácsadók (B):
A szerző rövidítése szögletes zárójelben, a kerek zárójelben szereplő szám a tárgyterület száma; a tárgykörök listája megtalálható az előszóban.
Személyzet V. kötet
Dr. Ulrich Kilian (felelős)
Christine Weber
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin
Szerzők (A) és tanácsadók (B):
A szerző rövidítése szögletes zárójelben, a kerek zárójelben szereplő szám a tárgyterület száma; a tárgykörök listája megtalálható az előszóban.