Dielo - Lexikón fyziky
Fyzikálny lexikón: Práca
zamestnanie, Pojem pre výraz, ktorý je odvodený z pojmov sila a dráha (alebo dráha) a úzko súvisí s pojmom energia. Pracovnou jednotkou SI je joule (J). (Energetické jednotky)
1) mechanika: Ak sa hmotný bod posunie pozdĺž dráhy s použitím sily, urobí sa tu práca. Matematická definícia práce je
, v ktorom F. označuje vektor sily adr nekonečne malý prvok cesty C., pozdĺž ktorého sila pôsobí. Dá sa povedať, že práca je cesta integrálnej sily. Vo fyzickom zmysle práca závisí iba od zložky sily F. vykonaný, prvok cesty dr smeruje paralelne. Z tejto definície vyplýva, že sila, ktorá má hmotný bod Nie smeny (dr = 0), nefunguje a že sa nepracuje ani na cestách, ktoré vedú kolmo na silu.
Cesta beží C. v špeciálnom prípade rovný a sila sa uchopí vždy pod rovnakým uhlom α potom sa integrál jednoducho stane skalárnym produktom
W. = F. · Δr = F.Δrcos (α).
Znak diela je určený tak, aby s pozit W. sila sama o sebe funguje, zatiaľ čo je negatívna W. proti sila práce musí byť vynaložená.
Spojenie medzi prácou a energiou je znázornené na príklade Urýchlenie práce jasný. Ak r(t) trajektória ťažiska telesa hmotnosti m je potom na zrýchlenie telesa podľa základnej dynamickej rovnice sila
a na prácu potrebnú na udržanie tela v rýchlosti
1 na zrýchlenie na rýchlosť v2
v ktorom E.príbuzní, 2 - E.kin, 1 je zmena kinetickej energie.
The výslovné označenie trasy je všeobecne nevyhnutný a možno ho vynechať, iba ak je práca jednoznačne závislá iba od začiatočného a konečného bodu pohybu. Volajú sa silové polia, pre ktoré to platí konzervatívny a pre nich potenciálna energia
upresniť. Práca pre pohyb hromadného bodu r1 po r2 je potom jednoducho potenciálny rozdiel medzi týmito dvoma bodmi:
, a pozdĺž akejkoľvek uzavretej cesty zmizne:
.
Práca vykonaná na fyzickom systéme v konzervatívnom silovom poli sa nazýva systém potenciálna energia a potom ich možno uložiť ako Kinetická energia znova uvoľniť: Napríklad, keď je pružina pružne natiahnutá, pružina je konštantná k okolo trate X vratná sila pôsobiaca proti pohybu kx byť prekonaný. Tu funguje napínanie kx 2/2, ktorá sa na jar uloží ako potenciálna energia a pri relaxácii sa získa späť.
Ďalším príkladom sú pohyby v gravitačnom poli Zeme, ktoré je tiež konzervatívnym silovým poľom. Stáva sa telom hmoty m v tomto poli na akejkoľvek ceste do výšky H zdvíhané, takisto aj zdvíhacie práce W. = F. · H = mgh nevyhnutné. Táto práca sa nestráca, telo má potenciálnu energiu E.pot vyhral (jeden tiež hovorí o Polohová energia), ktorý presne zodpovedá zdvíhacím prácam. Ak telo spadne späť do pôvodnej výšky, dosiahne tam rýchlosť
(Zákony pádu) a teraz má kinetickú energiu
(Trenie sa tu neberie do úvahy).
Premena potenciálnej energie na kinetickú energiu a naopak, ktorá je charakteristická pre konzervatívne silové polia, vedie v mechanike k zákonu zachovania energie. V skutočných systémoch okrem konzervatívnych síl zohrávajú úlohu aj disipatívne sily (trenie) a časovo závislé sily.
Pre koncepciu práce je čas, počas ktorého sa práca vykonáva, irelevantný. Napriek tomu môže byť užitočné pozrieť sa na prácu vykonanú za jednotku času. Termín, ktorý potom prichádza do hry, je výkon.
2) Elektrodynamika: Sila na náboj v elektromagnetickom poli sa počíta ako
. Magnetické pole B. nefunguje na bremeno, pretože zodpovedajúca zložka sily je vždy kolmá na smer pohybu bremena. Pretože elektrické pole E. je konzervatívny, to znamená v súlade s
na potenciáli φ možno vysledovať späť, výsledkom všeobecného pohybu práce náboja v elektromagnetickom poli je produkt náboja a potenciálneho rozdielu U:
Z toho vyplýva elektrická práca pre prípad stacionárnych prúdov
, v ktorom
elektrický prúd a t je trvanie toku prúdu. Všeobecne sa jedná o prácu ľubovoľne časovo závislého elektrického prúdu
; toto je zjednodušené pre harmonické striedavé napätia
a
do
.
3) termodynamika: V termodynamike je pojem sila rozšírený. Zovšeobecnené sily Xi sú analogické k mechanike podľa
Sú definované,
kde xj vonkajšie parametre systému, ako je objem, počet častíc v systéme alebo vonkajšie pole. Ten s nekonečne malou zmenou parametra xi potom je vykonaná práca
, zmena energie dE. je podľa prvého zákona
, vykonávaním Q znamená teplo. Termodynamicky možno prácu vykonanú na systéme definovať ako zmenu energie zmenou vonkajších parametrov so súčasnou tepelnou izoláciou, to znamená s konštantným obsahom tepla v systéme. Práca, podobne ako teplo procesu, všeobecne závisí od priebehu procesu v priestore externých parametrov; nepredstavuje teda stavovú funkciu, pomocou ktorej je možné charakterizovať rovnovážny stav systému. Veľkosť je podľa toho
, označené pomlčkou na symbole diferenciálu, nie kompletný diferenciál.
Najjednoduchším a zároveň najdôležitejším prípadom termodynamickej práce je to Práca na zmene hlasitosti, tj práca, ktorá sa vyžaduje pri zmene hlasitosti dX = dV. proti tlaku X = musí byť urobené. Termodynamický systém pracuje s kvázistatickým riadením procesov
= dV. na.
Ďalším príkladom práce v termodynamickom zmysle je práca, ktorú vykonáva elektrické pole pri polarizácii dielektrika. Závisí to od toho, ktoré časti energie sú priradené termodynamickému systému. Vzdáva sa
, v ktorom V. hlasitosť, E. elektrické pole a D. sú dielektrický posun. Tento výraz obsahuje ako energetickú zložku pre polarizáciu média, tak aj pre elektrické pole (vo vákuu). Ak niekto zanedbá energiu poľa, kvôli
funguje aj čistá polarizácia
, v ktorom znamená polarizáciu. Aké energetické vyjadrenie sa má použiť, závisí od otázky a danej experimentálnej situácie.
Pri určovaní práce, ktoré magnetické pole sily H musí magnetizovať na magnetizovateľnom médiu M. situácia je analogická: Ak sa vezme do úvahy energia poľa, platí nasledovné
. Ak sa energia poľa zanedbá, dostaneme čistú prácu magnetizácie
, pretože
, v ktorom B. čo je magnetická indukcia. Energetická zložka magnetického poľa hrá rozhodujúcu úlohu pri magnetokalorickom účinku a adiabatickej demagnetizácii.
4) Kvantová mechanika: Pretože koncept práce je pevne spojený s konceptom sily a konceptu obežnej dráhy, nehrá v kvantovej mechanike zásadnú úlohu, pretože od týchto dvoch pojmov sa v kvantovej mechanike do veľkej miery upúšťa. Jeden hovorí iba, napríklad trochu nepresne, o pracovnej funkcii elektrónov z atómovej mriežky.
Práca 1: Pracovať v pohybe náboja v elektrickom poli.
Práca 2: Pracovať pri expanzii plynu pohybom piestu.
Mohlo by vás zaujímať: Spektrum - Die Woche: 48/2020
- Digitálne vydania
- Tlačené vydania
- Najlepší predajca
- Zväzky
Názor čitateľa
Ak máte akékoľvek pripomienky k obsahu tohto článku, môžete o tom informovať redakciu e-mailom. Čítali sme váš list, ale prosíme vás o pochopenie, že nemôžeme odpovedať na všetky otázky.
Objem zamestnancov I a II
Silvia Barnert
DR. Matthias Delbrück
DR. Zmrzlina Reinald
Natalie Fischer
Walter Greulich (redaktor)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
DR. Gunnar Radons
MS (optika) Lynn Schilling-Benz
DR. Joachim Schüller
Zamestnanci Zväzok III
Christine Weber
Ulrich Kilián
Autori (A) a konzultanti (B):
Autorova skratka je uvedená v hranatých zátvorkách, počet v okrúhlych zátvorkách je číslo oblasti predmetu; zoznam tematických oblastí nájdete v predslove.
Zamestnanci Zväzok IV
DR. Ulrich Kilian (zodpovedný)
Christine Weber
Priv.-Doz. DR. Dieter Hoffmann, Berlín
Autori (A) a konzultanti (B):
Autorova skratka je uvedená v hranatých zátvorkách, počet v okrúhlych zátvorkách je číslo oblasti predmetu; zoznam tematických oblastí nájdete v predslove.
Zamestnanec Zväzok V
DR. Ulrich Kilian (zodpovedný)
Christine Weber
Priv.-Doz. DR. Dieter Hoffmann, Berlín
Autori (A) a konzultanti (B):
Autorova skratka je uvedená v hranatých zátvorkách, počet v okrúhlych zátvorkách je číslo oblasti predmetu; zoznam tematických oblastí nájdete v predslove.