Անհավասարաչափ շարժումն այն շարժումն է, որի ժամանակ մարմինը հավասար ժամանակային ընդմեջերում անցնում է անհավասար ճանապարհներ։
Միջին արագությունը հաշվարկվում է բանաձևով՝ v̄ = s / t
որտեղ s-ը անցած ճանապարհն է, իսկ t-ը ժամանակն է։
Օրինակ: Եթե մեքենան 120 կմ պետք է անցնել 2 ժամում, ապա միջին արագությունը կլինի՝
v̄ = 120 / 2 = 60 կմ/ժ
1.2 Ուղղագիծ հավասարաչափ շարժում
Ուղղագիծ հավասարաչափ շարժում է կոչվում այն շարժումը, որի ժամանակ մարմինը շարժվում է հաստատուն արագությամբ։
📊 Հավասարաչափ շարժման ցուցադրում
●
Հավասարաչափ շարժման հավասարումը: s = v · t x = x₀ + v · t
Հատկությունները:
Արագությունը հաստատուն է (v = const)
Արագացումը զրո է (a = 0)
Հավասար ժամանակային ընդմեջերում անցած ճանապարհները հավասար են
1.3 Արագության փոփոխությունը հավասարաչափ փոփոխական շարժման դեպքում
Հավասարաչափ փոփոխական շարժումը շարժում է, որի ժամանակ արագությունը փոխվում է հավասար ժամանակային ընդմեջերում։
📊 Արագացված շարժման ցուցադրում
●
v = v₀ + a · t
որտեղ:
v - վերջնական արագությունը
v₀ - սկզբնական արագությունը
a - արագացումը
t - ժամանակը
1.4 Ճանապարհն ուղղագիծ հավասարաչափ փոփոխական շարժման դեպքում
Հավասարաչափ փոփոխական շարժման ժամանակ անցած ճանապարհը հաշվարկվում է հատուկ բանաձևերով։
Ճանապարհի հաշվման բանաձևերը: s = v₀ · t + (a · t²) / 2
s = (v² - v₀²) / (2 · a)
s = ((v₀ + v) / 2) · t
որտեղ:
s - ճանապարհ
v₀ - սկզբնական արագություն
v - վերջնական արագություն
a - արագացում
t - ժամանակ
Օրինակ 1: Մեքենան մեկնարկում է դիրքից (v₀ = 0) 2 մ/վ² արագացումով։ Ինչ ճանապարհ կանցնի 5 վայրկյանում?
s = 0 + (2 · 5²) / 2 = 25 մ
Օրինակ 2: Մեքենան ունի 10 մ/վ արագություն և դանդաղում է 2 մ/վ² արագացումով։ Ինչ ճանապարհ կանցնի մինչև կանգ առնելը?
s = (0² - 10²) / (2 · (-2)) = 100 / 4 = 25 մ
1.5 Հավասարաչափ արագացող շարժման արագացման որոշումը
Արագացումը շարժման արագության փոփոխման չափը։ Այն որոշվում է տարբեր եղանակներով։
Արագացման հիմնական բանաձևերը: a = (v - v₀) / t
a = Δv / Δt
a = F / m (Նյուտոնի երկրորդ օրենք)
որտեղ:
a - արագացում (մ/վ²)
v - վերջնական արագություն
v₀ - սկզբնական արագություն
t - ժամանակ
F - ուժ
m - զանգված
Արագացման միավորը: 1 մ/վ² (մետր վայրկյանի քառակուսիում)
Սա նշանակում է, որ արագությունը վայրկյանում փոխվում է 1 մ/վ-ով։
Օրինակ: Մեքենան 3 վայրկյանում արագությունը մեծացնում է 0-ից 12 մ/վ-ի։ Որքա՞ն է արագացումը?
a = (12 - 0) / 3 = 4 մ/վ²
Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր վայրկյանում արագությունը մեծանում է 4 մ/վ-ով։
1.6 Ազատ անկում: Ազատ անկման արագացում
Ազատ անկում է կոչվում մարմնի անկումը, որի ժամանակ նա չի ենթարկվում օդի դիմադրությանը։
⬇️ Ազատ անկման ցուցադրում
●
Ազատ անկման արագացումը (g): g = 9.8 մ/վ² ≈ 10 մ/վ²
(Երկրի մակերևույթում)
Ազատ անկման բանաձևերը: h = g · t² / 2 v = g · t v² = 2 · g · h
Օրինակ: Աղյուսը ընկել է 45 մետր բարձր շենքից։ Ի՞նչ արագությամբ այն կհարվածի գետնին:
v² = 2 · 10 · 45 = 900
v = 30 մ/վ
1.7 Հավասարաչափ շարժում շրջանագծով
Շրջանային շարժում է կոչվում, երբ մարմինը շարժվում է շրջանային ճանապարհով հաստատուն արագությամբ։
🔄 Շրջանային շարժում
Պարբերություն (T): մեկ ամբողջական պտույտի համար անհրաժեշտ ժամանակը
Հաճախություն (f): միավոր ժամանակում պտույտների քանակը
f = 1 / T
Շրջանային շարժման բանաձևերը: v = 2πR / T (շրջանային արագություն) a = v² / R = 4π²R / T² (կենտրոնաձիգ արագացում)
2. Դինամիկայի հիմնական օրենքները
2.1 Նյուտոնի առաջին օրենքը
Մարմինը շարունակում է իր դադարի վիճակը կամ համաչափ շարժումը այնքան ժամանակ, քանի դեռ նրա վրա արտաքին ուժեր չեն ազդում կամ ուժերի համագումարը հավազար է զրոյի։
📌 Նյուտոնի առաջին օրենքի ցուցադրում
Իներցիա: մարմնի հատկություն է, որի շնորհիվ այն փորձում է պահպանել իր ներկայիս վիճակը
2.2 Նյուտոնի երկրորդ օրենքը
Մարմնի վրա ազդող ուժը հավասար է նրա զանգվածի և արագացման արտադրյալին։
⚖️ Ուժ = Զանգված × Արագացում
F = m · a
որտեղ:
F - ուժ (Նյուտոն, N)
m - զանգված (կգ)
a - արագացում (մ/վ²)
Օրինակ: 2 կգ զանգվածի վրա ազդում է 10 N ուժ։ Արագացումը կլինի՝
a = F / m = 10 / 2 = 5 մ/վ²
2.3 Նյուտոնի երրորդ օրենքը
Եթե մարմինը ազդում է մեկ այլ մարմնի վրա ուժով, ապա երկրորդ մարմինը նույն մեծությամբ, բայց հակառակ ուղղության ուժով ազդում է առաջինի վրա։
🔄 Նյուտոնի երրորդ օրենքի ցուցադրում
Երկու մարմինների միջև ազդող ուժերը:
–հավասար են մեծությամբ
-հակառակ են ուղղությամբ
-գործում են տարբեր մարմինների վրա
-կազմում են ուժերի զույգ (ազդեցություն–հակազդեցություն)
-չեն կարող միմյանց չեղարկել, որովհետև կիրառված են տարբեր մարմինների վրա (ոչ թե նույն մարմնի)
Օրինակ: Երբ մարդը հրում է պատը, պատը մարդուն հրում է նույն մեծության, բայց հակառակ ուղղությամբ ուժով։ Մարդը կարող է շարժվել, քանի որ հողի հետ փոխազդեցության (շփման ուժի)
շնորհիվ առաջանում է արդյունքային ուժ, մինչդեռ պատը մնում է անշարժ, որովհետև ամրացված է և կապված է Երկրի հետ։
2.4 Մարմնի իմպուլս: Իմպուլսի պահպանման օրենքը
Իմպուլսը շարժման չափն է, որ բնութագրում է շարժվող մարմնի զարկերը։
Մարմնի իմպուլսը: p = m · v
որտեղ:
p - իմպուլս (կգ·մ/վ)
m - զանգված
v - արագություն
Իմպուլսի փոփոխություն: Δp = F · Δt
Իմպուլսի պահպանման օրենք: Փակ համակարգում (արտաքին ուժերի բացակայության դեպքում) համակարգի հանգստացած իմպուլսը մնում է հաստատուն։
p₁ + p₂ = p₁′ + p₂′
Օրինակ: Երկու գնդիկ բախվում են։ Մինչ բախումը՝ p₁ = 3 կգ·մ/վ, p₂ = 2 կգ·մ/վ։ Բախումից հետո p₁′ = 2 կգ·մ/վ։ Գտնել p₂′.
3 + 2 = 2 + p₂′
p₂′ = 3 մ/վ
2.5 Ռեակտիվ շարժում: Հրթիռային տեխնիկայի զարգացումը
Ռեակտիվ շարժումը հրթիռի շարժումը, որ պահանջում է իմպուլսի պահպանման օրենք։
Ռեակտիվ շարժման սկզբունքը:
Հրթիռն արտանետում է գազեր մեծ արագությամբ մեկ ուղղությամբ։ Իմպուլսի պահպանման օրենքի համաձայն, հրթիռն ստանում է շարժ հակառակ ուղղությամբ։
Ցիոլկովսկու բանաձևը: v = u · ln(m₀ / m)
որտեղ:
v - հրթիռի վերջնական արագություն
u - արտանետվող գազերի արագություն
m₀ - հրթիռի սկզբնական զանգված
m - հրթիռի վերջնական զանգված
Կիրառություն: Տիեզերական հրթիռները, տիեզերանավերը, և ռեակտիվ արկերը բոլորը օգտագործում են այս շարժման սկզբունքը։
2.6 Մեխանիկական էներգիա
Մեխանիկական էներգիան մարմնի կամ համակարգի շարժման և դիրքի հետ կապված էներգիա է։
Մեխանիկական էներգիայի տեսակները:
1. Կինետիկ էներգիա (Շարժման էներգիա):
Կախված շարժվող մարմնի արագությունից։
2. Պոտենցիալ էներգիա (Դիրքի էներգիա):
Կախված մարմնի դիրքից։
Օրինակ 1: Օդում թռչող բոլոր օբյեկտները ունեն կինետիկ էներգիա։ Օրինակ 2: Բարձր սյան դրված մարմինը ունի պոտենցիալ էներգիա։ Օրինակ 3: Հորիզոնական նետած գնդակը միաժամանակ ունի երկու տեսակ էներգիա։
2.7 Կինետիկ և պոտենցիալ էներգիա
Էներգիան ունի երկու հիմնական ձև՝ շարժման և դիրքի հետ կապված։
2.8 Մեխանիկական էներգիայի փոխակերպումները: Լրիվ մեխանիկական էներգիայի պահպանման օրենքը
Մեխանիկական էներգիան կարող է փոխակերպվել մի ձևից մյուսի, բայց լրիվ էներգիան մնում է հաստատուն։
⚡ Էներգիայի փոխակերպում
Պահպանման օրենք: E = K + P = const
Ek₁ + Ep₁ = Ek₂ + Ep₂
որտեղ:
E - ընդամենը մեխանիկական էներգիա
K - կինետիկ էներգիա
P - պոտենցիալ էներգիա
Օրինակ: 2 կգ գնդակը ընկել է 5 մետր բարձրությունից։ Ցածր ընկնելու դեպքում ունի միայն պ.էներգիա (E = 2·10·5 = 100 J)։ Գետնին հարվածելուց առաջ ունի միայն կ.էներգիա (E =
½·2·v² = 100 J), այսինքն v = 10 մ/վ։
2.9 Շարժվող ջրի և քամու էներգիաների օգտագործումը
Ջրի և քամու շարժումը մեծ քանակությամբ կինետիկ էներգիա ունեն, որը կարելի է փոխակերպել մեկ այլ ձևի։
Ջրի էներգիայի օգտագործում:
–Հիդրոէլեկտրական կայանները տեղադրվում են ընկնող կամ հոսող ջրի վրա
–Ջրի հոսքը շարժում է տուրբինը
–Տուրբինը պտտում է գեներատորը, որը արտադրում է էլեկտրաէներգիա
Քամու էներգիայի օգտագործում:
–Քամու տուրբինները տեղադրվում են բարձր և բաց վայրերում
–Քամին շարժում է շեղբերը
–Շեղբերի պտույտը փոխանցվում է գեներատորին
–Գեներատորը արտադրում է էլեկտրաէներգիա
Ջրի հզորությունը (հիդրո կայանում): P = ρ · g · h · Q
որտեղ:
ρ - ջրի խտությունը
g - ձգողության արագացում
h - ընկնող ջրի բարձրություն
Q - ջրի հոսքի ծավալ/վայրկյան
Առավելությունները:
- Վերականգնելի էներգիայի աղբյուր
- Ի տարբերություն հանածո վառելանյութի՝ չեղ ստեղծում
- Շրջակա միջավայրի համար ավելի համեղ Մինուսները:
- Կախված եղանակից (ջրի պակաս, քամու պակաս)
- Սկզբնական կառուցման ծախսը բարձր է
3. Մեխանիկական տատանումներ և ալիքներ
3.1 Գաղափար մեխանիկական տատանումների մասին
Տատանումներ են կոչվում այն շարժումները, որ կրկնվում են ժամանակի հետ։
🔄 Տատանման Պարբերականությունը
Հիմնական հասկացություններ:
Տատանման Ամպլիտուդ (A): տատանման առավելագույն շեղումը Պարբերություն (T): մեկ լրիվ տատանման ժամանակ Հաճախություն (f): տատանումների քանակ միավոր ժամանակում Փուլ: տատանման վիճակը ժամանակի տվյալ պահի
Տատանումների հարաբերություն: T = 1 / f ω = 2π · f = 2π / T (անկյունային հաճախություն)
Օրինակ 1: Եթե ճոճանակը 1 վայրկյանում կատարում է 2 տատանում, ապա հաճախությունը f = 2 Հց, պարբերությունը T = 0.5 վ: Օրինակ 2: Հաճախ օգտագործվում է 50 Հց (որ հաստատ տեսել եք ցանցային հաճախությամբ)։
3.2 Մաթեմատիկական և զսպանակավոր ճոճանակներ
Ճոճանակ է կոչվում մարմինը, որ կախված է թելից կամ զսպանակից և տատանվում է։
🔄 Մաթեմատիկական Ճոճանակ
Մաթեմատիկական ճոճանակ: իդեալական մոդել, որ կազմված է շատ թեթև թելից և կետային զանգվածից
Զսպանակավոր ճոճանակ: մարմին, որ կցված է զսպանակին
Մաթեմատիկական ճոճանակի պարբերությունը: T = 2π√(L / g)
Զսպանակավոր ճոճանակի պարբերությունը: T = 2π√(m / k)
3.3 Ազատ անկման արագացման որոշումը մաթեմատիկական ճոճանակի միջոցով
Մաթեմատիկական ճոճանակի պարբերությունը կախված է բացառապես ճոճանակի երկարությունից և ձգողության արագացումից։
Մաթեմատիկական ճոճանակի պարբերությունը: T = 2π√(L / g)
որտեղ:
T - պարբերություն
L - ճոճանակի երկարություն
g - ազատ անկման արագացում
Այս բանաձևից կարելի է որոշել g: g = 4π²L / T²
Օրինակ: 1 մետր երկարությամբ ճոճանակի պարբերությունը չափել են և ստացել 2 վայրկյան։ Որոշել g.
g = 4π² · 1 / 2² = 4 · 9.87 / 4 ≈ 9.87 մ/վ²
Սա շատ մոտ է 9.8 մ/վ²-ի, որ հաստատում է մեր փորձը։
3.4 Էներգիայի փոխակերպումը տատանողական շարժման ժամանակ
Տատանման ընթացքում կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաները տատանվում են, բայց ընդամենը մեխանիկական էներգիա մնում է հաստատուն։
⚡ Էներգիայի փոփոխումը տատանման ժամանակ
Համաչափ մեկ պարբերության մեջ:
- Ծայրամասային դիրքում (առավելագույն շեղում)՝ առավելագույն պոտենցիալ, նվազագույն կինետիկ
- Միջին դիրքում՝ նվազագույն պոտենցիալ, առավելագույն կինետիկ
- Ընդամենը էներգիա = K + P = const
3.5 Ազատ և հարկադրական տատանումներ: Ռեզոնանս
Տատանումները կարելի է բաժանել երկու հիմնական տեսակի՝ ազատ և հարկադրական։
Ազատ տատանումներ:
- Տեղի ունենում են առանց արտաքին ուժի
- Ճոճանակը տատանվում է իր բնական հաճախությամբ
- Ժամանակի հետ դանդաղում է շփման պատճառով
Հարկադրական տատանումներ:
- Փոփոխական արտաքին ուժի ազդեցության տակ
- Տատանվում են արտաքին ուժի հաճախությամբ
- Կարող են շարունակել անսահմանորեն
Ռեզոնանս:
Երբ հարկադրական ուժի հաճախությունը հավասար է համակարգի բնական հաճախությանը, տատանումների ամպլիտուդը կտրուկ մեծանում է։ Սա կոչվում է ռեզոնանս։
Ռեզոնանսի օրինակներ:
- Երգչի ձայնը կոտրում է բաժակը (բաժակի բնական հաճախություն)
- Կամուրջը կարող է ուժեղ տատանվել, երբ զինվորները քայլում են նույն ռիթմով (ռեզոնանսի պատճառով)
- Քամու տուրբինի շեղբերը կարող են տատանվել, երբ քամու ազդեցության հաճախությունը մոտ է նրանց բնական հաճախությանը
- Մեքենայի շարժիչում կարող են առաջանալ ուժեղ թրթռումներ, երբ շարժիչի աշխատանքային հաճախությունը համընկնում է համակարգի բնական հաճախության հետ
3.6 Մեխանիկական ալիքներ: Լայնական և երկայնական ալիքներ
Ալիք է կոչվում միջավայրի անկայունությունների տարածումը տարածքում։
〰️ Ալիքի Տարածում
Երկայնական ալիքներ: մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ (օր. ձայնային ալիքներ)
Լայնական ալիքներ: մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղահայացի ուղղությամբ (օր. ջրի ալիքներ)
λ = v · T = v / f
որտեղ:
λ - ալիքի երկարությունը
v - տարածման արագությունը
f - հաճախությունը
3.7 Ալիքի երկարություն և ալիքի տարածման արագություն
Ալիքի պարամետրերը անմիջորեն կապված են միմյանց հետ հետևյալ հավասարման միջոցով։
v = λ · f = λ / T
որտեղ:
v - ալիքի տարածման արագություն
λ - ալիքի երկարություն (հեռավորություն մեկ ամբողջական տատանման համար)
f - հաճախություն (տատանումների քանակ վայրկյանում)
T - պարբերություն
Ալիքի երկարություն (λ): հեռավորությունը երկու հաջորդական գագաթների (կամ հովակների) միջև Արագություն (v): ալիքի գագաթը շարժվում է միջավայրում
Օրինակ: Ձայնային ալիքի հաճախությունը 440 Հց։ Օդում ձայնի արագությունը ≈ 340 մ/վ։ Գտնել ալիքի երկարությունը.
λ = v / f = 340 / 440 ≈ 0.77 մ ≈ 77 սմ
3.8 Սեյսմական ալիքներ
Սեյսմական ալիքներ են կոչվում երկրի ներսում տարածվող մեխանիկական ալիքները, որ առաջանում են երկրաշարժերի ժամանակ։
Սեյսմական ալիքների տեսակները:
P-ալիքներ (առաջնային):
- Երկայնական ալիքներ
- Ամենաարագ
- Տարածվում են հեղուկ և պինդ միջավայրերում
S-ալիքներ (երկրորդային):
- Լայնական ալիքներ
- Ավելի դանդաղ P-ալիքներից
- Չեն տարածվում հեղուկներում
Մակերևութային ալիքներ:
- Տարածվում են միայն երկրի վերևում
- Ամենավնասակար (առաջացնում են մեծ ցնցումներ)
Կիրառություն: Սեյսմական ալիքները օգտագործվում են երկրի ներքին կառուցվածքը ուսումնասիրելու համար, ինչպես նաև նավթ և բնական գազ փնտրելու համար։
3.9 Ձայնային ալիքներ: Ձայնը տարբեր միջավայրերում
Ձայն է կոչվում 20 Հց-ից մինչ 20,000 Հց հաճախության մեխանիկական ալիքները, որը լսելի է մարդուն։
Օրինակ 1: Երկրաշարժի դեպքում ձայնը լսվում է շատ ավելի ուշ, քանի որ ձայնի արագությունը բավականին ցածր է։ Օրինակ 2: Հաճախ մենք տեսնում ենք կայծակ, ապա քիչ հետո լսում ենք որոտ, քանի որ լույսի արագությունը շատ ավելի մեծ է, քան ձայնիը։
3.10 Ձայնի ուժգնություն և ձայնի բարձրություն
Ձայնի հատկությունները բնութագրվում են ուժգնությամբ (ինտենսիվությամբ) և բարձրությամբ (հաճախությամբ)։
Ձայնի բարձրություն: կախված ալիքի հաճախությունից
- Բարձր հաճախություն → բարձր տոն
- Ցածր հաճախություն → ցածր տոն
Ձայնի ուժգնություն (Volume): կախված ալիքի ամպլիտուդից
- Մեծ ամպլիտուդ → ուժեղ ձայն
- Փոքր ամպլիտուդ → թույլ ձայն
Ձայնի ինտենսիվություն (I): I = P / A
որտեղ:
P - ալիքի կողմից տեղափոխվող հզորություն
A - մակերեսի մակերես
Միավորը: Վատ/մ² (W/m²)
Ձայնի մակարդակներ (դեցիբել):
- Շշուկ: ≈ 30 dB
- Բնական խոսակցություն: ≈ 60 dB
- Գրոհ: ≈ 80 dB
- Ինքնաթիռի թռիչք: ≈ 140 dB
3.11 Արձագանք: Ենթաձայն և անդրաձայն
Արձագանքը ձայնի արտացոլումն է պատերից, լեռներից կամ այլ խոչընդոտներից։
Արձագանքի պայման:
- Արտացոլող մակերեսը պետք է գտնվի ձայնի աղբյուրից առնվազն 17 մետր հեռավորության վրա
- Այս հեռավորությունից ավելի մոտ պատերից ստացվում են այլ ձայնային երևույթներ
Ենթաձայն (Infrasound):
- Հաճախություն՝ 20 Հց-ից պակաս
- Մարդը սովորաբար չի լսում
- Ընդունակ են ընկալել որոշ մեծ կենդանիներ (օրինակ՝ փղեր, կետեր)
- Աղբյուրներ՝ երկրաշարժեր, հրաբուխներ, փոթորիկներ, օվկիանոսի ալիքներ
Անդրաձայն (Ultrasound):
- Հաճախություն՝ 20 կՀց-ից ավելի
- Մարդը չի կարող լսել
- Ընդունակ են ընկալել որոշ կենդանիներ (օրինակ՝ չղջիկներ, դելֆիններ)
- Կիրառություն՝ բժշկական ուլտրաձայնային հետազոտություն (էխոգրաֆիա), հեռաչափեր, սոնար համակարգեր
Անդրաձայնի կիրառություններ:
- Բժշկություն՝ պտղի հետազոտություն (էխոգրաֆիա)
- Ստոմատոլոգիա՝ ատամնաքարի և նստվածքների մաքրում ուլտրաձայնով
- Հեռաչափեր և սոնար համակարգեր՝ հեռավորության չափման համար
- Շների համար նախատեսված ուլտրաձայնային սուլիչներ (մարդիկ չեն լսում, շները՝ լսում են)
4. Ներքին էներգիա
4.1 Ներքին էներգիայի փոփոխման եղանակները
Մարմնի ներքին էներգիան կարող է փոխվել երկու հիմնական եղանակով։
🔥 Ջերմային Փոխանցման Եղանակներ
Աշխատանք: միջավայրի վրա ուժի կատարած ազդեցություն Ջերմափոխանակություն: էներգիայի փոխանցում ջերմային էներգիայի միջոցով
4.2 Ջերմահաղորդականություն
Ջերմահաղորդականությունը ջերմային էներգիայի տեղափոխումն է բարձր ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճան ունեցող մակերեսներին՝ դիմադրելով։
Ջերմահաղորդականության առանձնահատկությունները:
- Տեղի է ունենում հիմնականում պինդ մարմիններում (հատկապես մետաղներում)
- Մասնիկները մնում են իրենց տեղում, բայց թրթռումների միջոցով փոխանցում են էներգիան
- Ջերմությունը տարածվում է ավելի տաք մասից դեպի ավելի սառը մասը
- Առավել արդյունավետ է մետաղներում, ավելի քիչ՝ հեղուկներում և գազերում
4.3 Կոնվեկցիա
Կոնվեկցիան ջերմային էներգիայի տեղափոխումն է հեղուկ կամ գազային միջավայրի շարժման միջոցով։
Կոնվեկցիայի հատկությունները:
- Տաք մասնիկները բարձրանում են վեր (խտությունը նվազում է)
- Սառը մասնիկները իջնում են ցած (խտությունը մեծանում է)
- Տեղի է ունենում հեղուկներում և գազերում
- Պինդ մարմիններում (օրինակ՝ մետաղներում) չի դիտվում
Կոնվեկցիայի օրինակներ:
- Ջրի տաքացում կաթսայում կամ խողովակներում՝ տաք շերտերը բարձրանում են, սառը՝ իջնում
- Սենյակների ջեռուցում՝ ռադիատորի մոտ տաք օդը բարձրանում է, սառը օդը՝ իջնումԸնդարձակ սենյակներ ջեռուցվում են կոնվեկցիայի միջոցով
- Քամիների առաջացում՝ տաք օդի բարձրացում և սառը օդի տեղաշարժ
- Ջեռոցում (վառարանում) օդի շրջանառություն՝ ջերմային հոսքերի միջոցով
4.4 Ճառագայթում
Ճառագայթումը՝ ջերմային էներգիայի փոխանցումն է էլեկտրամագնիսական ալիքների միջոցով և կարող է տեղի ունենալ նաև առանց միջավայրի (վակուումում)։
Ճառագայթման հատկությունները:
- Տեղի է ունենում վակուումում (օրինակ, տիեզերքում)
- Տարածվում է լույսի արագությամբ (3×10⁸ մ/վ)
- Բոլոր մարմինները ճառագայթում են
- Տաք մարմինները ճառագայթում են ավելի շատ
- Մուգ մակերեսները ավելի լավ են կլանում և ճառագայթում, իսկ բաց (փայլուն) մակերեսները՝ ավելի շատ արտացոլում են
Օրինակ: Քանի Ջոուլ ջերմաքանակ անհրաժեշտ է 2 կգ ջուրը 20°C-ից 80°C-ի փոխելու համար?
Q = 2 · 4200 · 60 = 504,000 Ջ
4.6 Մարմնի տաքացման համար անհրաժեշտ կամ դրա հովացման դեպքում անջատվող ջերմաքանակի հաշվումը
Տաքացման և հովացման գործընթացներում ջերմաքանակի հաշվարկը կատարվում է նույն բանաձևով, սակայն տարբեր նշաններով։
Ջերմային հավասարակցության սկզբունք:
Մեկուսացված համակարգում ստացված ջերմաքանակների գումարը հավասար է տրված ջերմաքանակների գումարին։ Q₁ + Q₂ + Q₃ + ... = 0
Օրինակ 1 (Տաքացում): 1 կգ պողպատն անհրաժեշտ է տաքացնել 30°C-ից 130°C-ի։
Q = 1 · 500 · 100 = 50,000 Ջ
Օրինակ 2 (Հովացում): 1 կգ ջուր հովանում է 80°C-ից 20°C-ի։
Q = 1 · 4200 · (-60) = -252,000 Ջ
5. Նյութի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունը
5.1 Նյութի ագրեգատային վիճակները
Նյութը կարող է գոյություն ունենալ երեք հիմնական ագրեգատային վիճակներում։
Պինդ վիճակ:
- Մասնիկներն ամուր կապված են իրար
- Ունի հաստատուն ձև և ծավալ
- Մասնիկները թրթռում են իրենց հավասարակցության շուրջ
Հեղուկ վիճակ:
- Մասնիկները շարժական են
- Ունի հաստատուն ծավալ, բայց փոփոխական ձև
- Մասնիկները կարող են շատ շարժվել
Գազային վիճակ:
- Մասնիկները ամբողջովին ազատ են
- Ունի փոփոխական ձև և ծավալ
- Մասնիկները շարժվում են մեծ արագությամբ
Մի նյութի տարբեր վիճակներ:
- Ջրի պինդ վիճակ = Սառույց
- Ջրի հեղուկ վիճակ = Ջուր
- Ջրի գազային վիճակ = Գոլորշի
5.2 Նյութի ագրեգատային վիճակի փոփոխություն
Նյութը կարող է փոխել իր վիճակը ջերմաստիճանի փոփոխության հետ։
🌡️ Նյութի վիճակի փոփոխություն
ՊԻՆԴ
Մասնիկները ամրակցված են
ՀԵՂՈՒԿ
Մասնիկները ազատ են շարժվում
Հալում: պինդ բյուրեղային մարմնի անցումը հեղուկ վիճակի
Գոլորշիացում: հեղուկի անցումը գազային վիճակի
Պնդացում / Խտացում: հեղուկի անցումը պինդ վիճակի (կամ գազի անցումը հեղուկ վիճակի՝ խտացում)
Հալման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակ: Q = m · λ
Շոգեգոյացման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակ: Q = m · L
5.3 Գոլորշիացում և խտացում
Գոլորշիացումը հեղուկի անցումն է գազային վիճակի, որ տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում։
Գոլորշիացում (Evaporation):
- Հեղուկի մակերևույթից մասնիկները դուրս են գալիս և անցնում գազային վիճակի
- Պրոցեսը տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում
- Կատարվում է միայն հեղուկի մակերևույթից (եռումից տարբերվում է)
- Անհրաժեշտ է ջերմաքանակ (էներգիա)
Խտացում (Condensation):
- Գազի անցումը հեղուկ վիճակի
- Գոլորշիացման հակառակ գործընթացն է
- Տեղի է ունենում, երբ գազը հովանում է կամ ճնշումը մեծանում է
- Անջատվում է ջերմաքանակ (ջերմություն)
Գոլորշիացման օրինակներ:
- Լվացքը չորանում է ջրի գոլորշիացման պատճառով
- Ջրափոսերը չորանում են արևի տակ
- Քրտինքը գոլորշիանում է մաշկից և օգնում է մարմնին հովանալ
- Թաց մակերեսները ժամանակի ընթացքում չորանում են օդի ազդեցությամբ
5.4 Եռում: Եռման ջերմաստիճան
Եռում է կոչվում ինտենսիվ գոլորշիացման գործընթացը, որ տեղի է ունենում որոշակի ջերմաստիճանում։
Եռման հատկությունները:
- Տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճանում՝ եռման կետում
- Հեղուկի ամբողջ ծավալից առաջանում են գոլորշու պղպջակներ
- Գոլորշիացումը կատարվում է ոչ միայն մակերևույթից, այլև ամբողջ հեղուկից
- Եռման ընթացքում ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն (չի բարձրանում, նույնիսկ ջերմություն ավելացնելիս) Եռման կետերը տարբեր նյութերի համար:
- Ջուր (ծովի մակերեսում): 100°C
- Էթանոլ (սպիրտ): 78°C
- Բենզին: 80°C
Ճնշման ազդեցությունը եռման կետի վրա:
- Ճնշման մեծացման դեպքում եռման կետը բարձրանում է
- Ճնշման նվազման դեպքում եռման կետը իջնում է
- Բարձր լեռներում ջուրը եռում է ավելի ցածր ջերմաստիճանում՝ մթնոլորտային ճնշման փոքր լինելու պատճառով
Աղ կամ այլ նյութեր լուծած ջրի եռման կետը բարձրանում է։
Լուծույթի եռման կետի բարձրացում:
- Մաքուր ջուր: 100°C
- Ծովի ջուր (աղ ≈ 3.5%): ≈ 102°C
- Հագեցած աղային լուծույթ: մինչև 110°C
Պատճառ:
- Սա կոչվում է կոլիգատիվ հատկություն
- Լուծված նյութի մասնիկները դժվարացնում են գոլորշիացումը
- Այդ պատճառով հեղուկը եռալու համար ավելի շատ ջերմաքանակ է պահանջում
Գործնական կիրառություն:
- Աղաջրի մեջ որոշ մթերքներ եփվում են ավելի բարձր ջերմաստիճանում
- Հովացուցիչ հեղուկները (օրինակ՝ անտիֆրիզը) ունեն ավելի բարձր եռման կետ
- Ծովի ջուրը եռում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան մաքուր ջուրը
5.6 Շոգեգոյացման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակ
Հեղուկը գազի վերածելու համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը կախված է նյութից և զանգվածից։
Շոգեգոյացման ջերմաքանակ: Q = m · L
որտեղ:
Q - անհրաժեշտ ջերմաքանակ (Ջ)
m - նյութի զանգված (կգ)
L - շոգեգոյացման տեսակարար ջերմունակություն(Ջ/կգ)
Շոգեգոյացման տեսակարար ջերմունակությունը (L):
- Ջուր (100°C): 2,260,000 Ջ/կգ
- Էթանոլ: 858,000 Ջ/կգ
- Բենզին: 350,000 Ջ/կգ Նշում: Շոգեգոյացման համար անհրաժեշտ է շատ ավելի մեծ ջերմաքանակ, քան հալման համար
Օրինակ: Քանի Ջոուլ ջերմաքանակ է անհրաժեշտ 1 կգ ջուրը (100°C) գոլորշու վերածելու համար?
Q = 1 · 2,260,000 = 2,260,000 Ջ = 2.26 MJ
(Համեմատեք 100°C ջրի հետ սառը ջուրից մինչ 100°C = միայն 420,000 Ջ!)
5.7 Վառելանյութի այրումից անջատված ջերմաքանակ
Վառելանյութ այրելու ժամանակ անջատվում է մեծ քանակությամբ ջերմաքանակ, որ հաշվվում է հատուկ գործակցով։
Ջերմաշարժիչ են կոչվում այն սարքերը, որ ջերմային էներգիան վերածում են մեխանիկական աշխատանքի։
Ջերմաշարժիչի օգտակար գործողության գործակից (ՕԳԳ): η = Aօգ / Qլր x 100%
որտեղ:
Aօգ - օգտակար աշխատանքն է
Qլր - վառելիքի այրումից անջատված լրիվ ջերմաքանակն է
Ներքին այրման շարժիչ:
- Ջերմաքանակը ստացվում է շարժիչի ներսում՝ վառելանյութի այրման միջոցով
- Վառելանյութ + օդ → այրում → գազի ընդարձակում
- Գազի ճնշումը շարժում է մխոցը
- Օգտակար գործողության գործակիցը ~30-40% (մնացածը էներգիան կորում է ջերմության և ձայնի տեսքով)