Принцип эквивалентности видов энергии

Закон сохранения энергии. Вторая часть общего принципа сохранения материи и движения явилась основанием для формулировки Ломоносовым в 1760 г. закона сохранения энергии. Этот закон был экспериментально подтвержден в 1842 г., когда Роберт Майер определил эквивалентные соотношения между различными видами энергии. Очевидно, что применение закона сохранения энергии имеет смысл при рассмотрении процессов, происходящих в замкнутых системах. В частности, для химических реакций закон сохранения энергии выразится следующим образом. Энергия системы, включаюш й вещества, вступившие в реакцию, равна энергии системы, включающей вещества, образовавшиеся в результате реакции. [c.8]

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ВИДОВ ЭНЕРГИИ [c.20]

Открытие первого закона связывают с именами Р. Майера и Л. Джоуля, которые независимо друг от друга (в 1842 и 1845 гг.) показали эквивалентность теплоты и работы в циклическом процессе. Несколько позже (1850 г.) Р. Клаузиус показал, что из принципа эквивалентности теплоты и работы следует существование некоторого свойства системы, изменение которого равно алгебраической сумме теплоты и работы. Позднее это свойство назвали внутренней энергией. Г. Гельмгольц обобщил эти результаты, включив в уравнение баланса энергии наряду с механической работой другие виды работ. [c.27]

Установлено, чю при исчезновении одного вида энергии производится эквивалентное количество энергии других видов. Этот принцип называют законом сохранения энергии. [c.21]

Принцип эквивалентности источников беспорядка в условиях минимизации свободной энергии системы состоит в том, что для любой системы (в том числе и кристалла) совершенно безразлично, что является источником увеличения ее энтропии — точечные, протяженные дефекты или свободная поверхность. В зависимости от конкретной ситуации твердофазный материал в равновесных условиях приобретает тот вид дефектов, который при наименьших энергетических затратах обеспечивает максимальное увеличение энтропии. Эти представления позволяют, например, понять, почему спеканием чистого поликристаллического оксида иттрия нельзя получить прозрачную керамику ни при каких условиях нагрева. Поры, межкристаллитные границы и дислокации являются тем источником увеличения энтропии, который обеспечивает минимальное значение энергии Гиббса. Получить прозрачную керамику на основе УгОз удалось, легируя последний оксидом циркония (IV), тем самым создав структуру с высокой концентрацией точечных дефектов, являющихся источником беспорядка. [c.169]

Любое химическое взаимодействие сопровождается выделением или поглощением энергии. Все виды энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах, поэтому, в принципе, любую форму энергии взаимодействующих компонентов можно свести в конце концов к тепловой. При химической реакции выделение или поглощение теплоты связано с изменением запаса энергии у продуктов реакции по сравнению с исходными веществами. Теплота выделяется в результате работы тепловых установок при сжигании того или иного вида топлива. Для существования любого организма требуются реакции, при протекании которых в организме выделяется тепловая энергия. Немаловажно знать, сколько джоулей (калорий) получит организм, переваривая пищу. Следовательно, изучение энергетики химических процессов важно для биохимии и медицины. [c.23]

Обобщения принципа эквивалентности приводят к первому закону термодинамики (закону сохранения энергии). Он гласит, что в изолированной системе сумма всех видов энергии постоянна при этом различные формы энергии могут переходить друг в друга. Закон сохранения энергии охватывает все формы энергии, которые могут обнаруживаться в данной системе. Сумма различных видов энергии, которой обладает система, называется, по определению Клаузиуса, внутренней энергией и. Таким образом, внутренняя энергия вещества складывается из суммы различных энергий, например кинетической энергии его атомов или молекул, потенциальной энергии, а также энергии электрических и магнитных полей и т. д. При использовании понятия внутренней энергии первый закон термодинамики можно сформулировать следующим образом. [c.48]

Первый закон отражает энергетический и тепловой баланс протекающих процессов и включает принцип эквивалентности между видами энергий. Он определяет взаимосвязь между работой, теплотой и различными видами энергии. Согласно одной из формулировок теплота, подведенная к рабочему телу, расходуется на производство работы, повышение внутренней энергии рабочего тела и потерь в окружающую среду. [c.54]

Принцип эквивалентности теплоты и работы. По закону сохранения энергии, открытому М. В. Ломоносовым, теплота и работа эквивалентны друг другу и могут переходить одна в другую. Эквивалентность тепловой и механической энергии является частным случаем общего закона сохранения энергии, по которому энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только преобразована из одного вида в другой. [c.8]

Некоторые исследователи (например, Бриджмен [10], Марге-нау [27]) видят физическую сущность уравнений (VII, 2) и (VII, 2а) не в сохранении и превращении энергии, т. е. движения во всех его формах, а в независимости величины q — о от пути перехода системы из ее начального состояния в конечное. С такой точкой зрения согласиться нельзя независимость величины q—w от пути перехода системы есть только следствие сохранения и превращения движения, следствие принципа эквивалентности. [c.126]

Здесь член РйУ относится к изменению объема, не превышающему для пластических деформаций металла порядка сотых долей процента. Следовательно, этим членом можно пренебречь. Заметим, что речь идет о внешнем давлении, тогда как внутреннее (локальное) давление в окрестности дефектов структуры, уравновешивающееся по объему кристалла, может достигать огромных величин оно обусловливает деформационное увеличение энтальпии кристалла, эквивалентное росту внутренней энергии. Освобождение этой энергии при постоянном давлении происходит в количестве, эквивалентном выделившемуся при рекристаллизации количеству тепла = йН, по которому и определяется запас энергии упругих искажений. Если исключить обратимую деформацию тела, то для использования соотношения ЬQ = йН в принципе неважно, что послужило причиной увеличения внутренней энергии (при постоянном давлении). Например, если каким-либо способом возбудить глубокие электронные оболочки атомов, то может отсутствовать не только макроскопическая деформация тела, но и локальная (возникающая в окрестности дислокации). При соответствующих условиях эта энергия возбуждения рассеивается в виде фононов, т. е. энтальпия переходит в тепло. [c.27]

В основе закона сохранения н превращения энергии лежит принцип эквивалентности различных форм движения материи (видов энергии). Было установлено, что различные формы движения материи (тепловая, механическая, электрическая, химическая и т. п.), количественными мерами которых являются количества соответствующих видов работ и теплоты, могут переходить в другие формы в строго определенных эквивалентных количествах, не зависящих ни от характера процесса преобразования, ни от условий протекания этого процесса. Так, в 1842 г. немецкий ученый Р. Майер показал эквивалентность теплоты и механической работы и определил численное значение механического эквивалента теплоты. В 1843 г. английский ученый Д. Джоуль провел опыты, подтвердившие эквивалентность теплоты и механической работы и давшие более точное значение эквивалента. Постепенно были установлены эквиваленты для всех известных видов работ и теплоты. Численные значения эквивалентов зависят от единиц измерения соответствующих величин. Например, если теплота измеряется в килокалориях, а работа в килограммометрах, то тепловой эквивалент механической работы равен 1/427 ккал/кгм. Если работа и теплота измеряются в одинаковых единицах (например, в системе СИ), то значение эквивалента равно единице. [c.12]

Закон сохранения энергии. Результаты, полученные при изучении взаимных превращений тепловой и механической форм энергии,- дальнейшими исследованиями были распространены вообще на все виды энергии. Таким образом был установлен всеобщий принцип эквивалентности различных форм энергии. [c.82]

Сам этот принцип является по существу частным случаем более общего закона природы, намеченного уже М. В. Ломоносовым (1748 г.), ио экспериментально обоснованного и окончательно сформулированного лишь около середины прошлого столетия, — закон сохранения и превращения энергии энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, но отдельные ее виды могут переходить друг в друга по строго определенным эквивалентным соотношениям. [c.51]

Как показал А. М. Керенский, принципу максимального расхода эквивалентно условие минимума удельной энергии сечения при течении жидкости в сопле центробежной форсунки. Выражение для удельной энергии сечения имеет вид [c.36]

Закон сохранения энергии. Исходя из общего принципа сохра-испця материи и движения, Ломоносов в 1760 г. сформулировал закон сохранения энергии. Этот закон был экснеримеитально нод-твсржден в 1842 г., когда Роберт Майер определил эквивалентные соотношения между различными видами энергии. Очевидно, что применение закона сохранения энергии имеет смысл ири рассмотрении процессов, происходяии-1х в замкнутых системах. В частности, для химических реакций закон сохранения энергии выразится с л е д I о щим обр а з о м [c.13]

Первый закон термодинамики является отражением всеоби его принципа сохранения энергии, получившего обоснования в труда < М. В. Ломоносова. Первый закон термодинамики устанавливает переход различных видов энергии друг в друга всегда в строго эквивалентных соотношениях, в связи с чем общий запас энергии в изолированной системе остается постоянным. Этот закон определяет также невозможность создания вечного двигателя первого рода, т. е. машины, производящей работу без потребления энергии. В соответствии с первым законом для совершения работы необходима затрата теплоты плюс еще некоторое количество его, идущее на увеличение внутренней энергии системы. И наоборот, работа, [c.12]

Образование пар. Масса покоя электрона равна 0,51 МэВ, и при энергии фотонов, превышающей 1,02 МэВ, происходит образование пар, что является ярким примером принципа эквивалентности массы и энергии Энштейна [Е = тс ). В сильном электрическом поле, окружающем ядро, фотон исчезает, превращаясь в электрон и позитрон (который имеет ту же массу, что и электрон при положительном заряде), таким образом, сохраняется нейтральный заряд. Любая энергия фотона, превышающая 1,02 МэВ, распределяется между частицами в виде кинетической энергии (рис. 1.8). Таким образом, [c.17]

В гл. VI из вариационного принципа наименьшего рассеяния энергии, представленного через силы, выводится уравнение Фурье для тенлонроводностн (во всех возможных видах), полная система уравнений Фика для многокомпонентной изотермической диффузии и обобщенное уравнение Навье — Стокса для вязких течений. Вывод этих уравнений из нового, силового , представления принципа наименьшего рассеяния энергии доказывает, что такое представление является более полезным, нежели первоначальное. Кроме того, опираясь на это новое представление, мы имеем возможность сформулировать новый интегральный принцип термодинамики. После общей формулировки интегрального принципа и введения функции Лагранжа для термодинамики показано, что уравнения Эйлера — Лагранжа, относящиеся к интегральному принципу, эквивалентны полной системе уравнений переноса. Как непосредственная иллюстрация применения интегрального принципа проводится вывод уравнений переноса, описывающих различные неизотермические явления с учетом перекрестных эффектов. Обсуждается связь между интегральным принципом термодинамики и принципом Гамильтона для полей. Наконец, после вывода канонических полевых уравнений, соответствующих интегральному принципу термодинамики, рассматривается преобразование Лежандра диссипативных плотностей лагранжиана и гамильтониана и приводится каноническая форма интеграла рассеяния. [c.28]

Приведенное перечисление применений принципа наименьшего рассеяния энергии показывает, что его представление через силы более плодотворно, чем представление через потоки, и, кроме того, что уравнения Эйлера—Лагранжа, относящиеся к интегральному принципу, эквивалентны полной системе уравнений необратимых процессов переноса. Для непосредственного доказательства этого положения и как пример использования интегрального принципа мы выведем уравнения переноса для неизотермического случая, в котором учитываются перекрестные эффекты, т. е. взаимосвязь между явлениями (Верхаш [81]). Затем, исходя из представления принципа наименьшего рассеяния энергии через силы, дается общая форма уравнения переноса (Дьярмати). Этот вывод позволяет установить в общем виде внутреннюю связь между интегральным принципом и принципом наименьщего рассеяния энергии, точнее, его представлением через силы. Рассматривается связь между принципом Гамильтона и термодинамическим интегральным принципом (Дьярмати [78]) и определяются канонические уравнения поля, относящиеся к интегральному принципу термодинамики (Верхаш [83], Войта [84]). Наконец, приводятся преобразования Лежандра для потенциала [c.205]

Наличие переменных а обеспечивает наиболее простую формулировку принципа Паули. Однако она не является единственно возможной. Более того, введение спиновых переменных в волновую функцию кажется несколько искусственным, что наводит на мысль о возможности иной формулировки принципа, в которой спиновые переменные отдельных электронов не фигурировали бы явно. Впервые в общем виде правильные условия симметрии для координатных волновых функций были получены в 1.940 г. В. А. Фоком. В 1960—70-х гг. в работах И. Г. Каплана, Ф. Матсена И других авторов была разработана так называемая бесспиновая схема квантовой химии, физически эквивалентная обычной, но в крторой свойства симметрии волновой функции выражаются с помощью групп перестановок. Уровни энергии многоэлектронной системы при этом характеризуются перестановочной симметрией соответствующих им координатных волновых функций, вид которых несет в себе как бы память о спине . [c.158]

Анализ данных показывает, что в принципе экспериментальные значения Д св атома А можно представить с достаточной точностью в виде суммы Е(/)А (А—В/), где АЯ(А—В/)— вклад связи А — В/ в общий сдвиг. Ограниченность применимости различных аддитивных схем хорошо известна. В данном случае применение аддитивной схемы оправдывается, во-пер-вых, возможностью оценки сдвига энергии внутреннего уровня атома в различных окружениях, что представляет интерес при интерпретации спектров соединений, содержащих несколько не -эквивалентных атомов данного элемента, и, во-вторых, возможностью более детального, количественного изучения ряда зако-нoмepнo teй. [c.36]

Еще в 1760 г. в работе Рассуждения о твердости и жидкости тел М. В. Ломоносов высказал частную фор у общего принципа сохранения материи и движения — закон сохранения энергии, который теперь формулируется так энергия не возникает из ничего и не исчезает, а отдельные виды ее могут взаимно превращаться друг в друга в эквивалентных соотношениях. Экспериментально этот закон был нодтверж- [c.21]

Валентные электроны переходных металлов находятся главным образом на -орбиталях, и поэтому именно эти орбитали представляют наибольший интерес. Орбитали с1ху, (1уг и йхг взаимно перпендикулярны, и каждая имеет четыре чередующиеся положительные и отрицательные доли в соответствующих плоскостях, расположенные под углом 45° к осям координат. Три другие opбитaли 2 2, г- а и х2-г2 также взаимно перпендикулярны, и каждая также имеет 4 доли, располагающиеся вдоль соответствующих осей в одной из трех перпендикулярных плоскостей. Однако из этих трех эквивалентных орбиталей только две независимы, т. е. взаимно ортогональны. Обычно рассматривают гибридную орбиталь, образуемую последними двумя орбиталями, и обозначают ее как 22-орбиталь. Она имеет большие положительные доли вдоль оси г и отрицательный пояс в виде кольца вокруг оси г, расположенного в плоскости ху. По причинам, которые станут ясными ниже (см. также стр. 249), первые три орбитали группируются вместе и обозначаются как е-орбитали (или tzg), а последние п.ъейх2-у2 и а — как -орби-тали (или eg). В отсутствие электрического или магнитного поля три р-орбитали данного квантового уровня имеют одинаковую энергию, так же как и пять -орбиталей. Согласно принципу Паули, только два электрона могут находиться на одной атомной орбитали, если их спины противоположны, но они будут стремиться, в соответствии с правилом Хунда, занять, если возможно, разные орбитали с одной и той же или мало отличающейся энергией спины их в этом случае будут ориентированы в одном направлении. Теперь можно продолжить исследование теорий химической связи. Метод валентных связей будет рассмотрен первым, так как по основным положениям он наиболее простой и прекрасно служит в течение более четверти века для объяснения некоторых свойств комплексов. Даже сейчас, когда недостатки этого метода ясно видны, большое число химиков все еще находит его удобным для интерпретации и сопоставления своих результатов. Затем мы обсудим электростатическую теорию, особенно обращая внимание на теорию кристаллического поля. Эта последняя оказалась самой удачной из трех для удовлетворительного сопоставления свойств комплексов, а также по числу вычислений и предсказаний, которые она позволяет сделать. Наконец, мы кратко обсудим метод молекулярных [c.240]

Всякий раз, когда теплота и работа не эквивалентны, как это вообще бывает в некруговых процессах, это обстоятельство принимается во внимание, и говорят, что в системе накопилось определенное количество энергии, или же, наоборот, что некоторая накопленная энергия утрачена системой и проявилась как теплота, или работа, или как то и другое одновременно. Энергия может сохраняться в системе или может легко передаваться от одной системы к другой в виде теплоты или работы. При всех этих превращениях она остается количественно неизменной. Это является принципом сохранения энергии, образующим основу первого закона термоди-найики. Он покоится главным образом на опытных фактах, обобщенных уравнением (1). [c.86]

В химических соединениях число возможных видов дефектов значительно увеличивается. Легко догадаться, что даже в простейшем бинарном кристалле типа АВ возможно образование двух видов вакансий Уд и Ув и двух видов внедренных атомов А, и В,-. Более того, атомы А и В в принципе могут обмениваться местами с образованием так называемых антиструктурных дефектов Аа-Ь + Вв—>-Ав+Ва. Строго говоря, в решетке любого немолекулярного кристалла все виды точечных дефектов (вакансии, внедренные атомы и антиструктурные дефекты) присутствуют одновременно, но вследствие различия в энергии разупорядочения одни дефекты доминируют над другими. Следует обратить внимание, что в любом стехиометрическом кристалле доминирует не один, а минимум два вида дефектов. Например, если в бинарном кристалле АВ возникает вакансия в металлической подрешетке (1 а), то сте-хиометрический состав кристалла (1 1) сохранится при одновременном образовании эквивалентного числа вакансий в анионной подрешетке (Ув) или эквивалентного числа внедренных атомов (А,) или, наконец, эквивалентного числа антиструктурных дефектов типа Ав. [c.76]

Атомные электроны, характеризующиеся значениями квантового числа I, равными О, 1, 2, 3,. .., называются, соответственно, 5-, р-, й-,. .. электронами. Возможныг состояния атомных электронов определяются принципом Паули, согласно которому в атоме не может быть двух электронов с совпадающими значениями всех четырех квантовых чисел. Поэтому в атомах не может быть больще двух -электронов, щести р-электронов и т. д., так как при 1 = 0 возможны значения т = О и/П8 =—72И-ЬУ2 при / = 1 возможны значения т = — 1, О, + 1 и т,, =—+Ч-2 и т. д. Энергия отдельных атомных электронов определяется соответствующими им значениями квантовых чисел п п I. Поэтому энергетические состояния атома в первом приближении мо1ут быть охарактеризованы значениями квантовых чисел п и I входящих в его состав электронов. Атомные электроны, имеющие одинаковые значения квантовых чисел п и I, называются эквивалентными, а разные значения этих чисел — неэквивалентными. Каждый конкретный набор значений квантовых чисел п и I электронов определенного атома (с учетом возможности наличия эквивалентных электронов) называется электронной конфигурацией атома, которая обычно записывается в виде ls 2s 2p ... Это означает, что в атоме имеется электронов с п= и /=0, Аг электронов с п = 2 и / = 0 и т. д. [c.205]

Основы спектроскопического определения наличия быстрого взаимопревращения эквивалентных таутомеров состоят в следующем. В любом спектре (например, инфракрасном), если вследствие принципа неопределенности А -Д< /г время наблюдения становится гораздо более коротким, чем время жизни таутомера, будут наблюдаться спектральные частоты одного таутомера и вид спектра не будет зависеть от температ фы. Однако в случае протонного магнитного резонанса энергии настолько малы, что время наблюдения становится относительно большим — от миллисекунд до секунд. Если при некоторой температуре время жизни таутомера сравнимо со временем наблюдения сигнала, то ниже этой температуры будет наблюдаться дискретный спектр, не меняющийся при изменении температуры. В спектре будут наблюдаться сигналы протонов, входящих в состав индивидуальных таутомеров. Выше определенной температуры будет наблюдаться другой спектр, также дискретный и не зависящий от температуры, однако сигналы протонов будут такими, которые наблюдались бы, если бы имелась дополнительная симметрия (плоскость симметрии), обусловленная усредненной структурой, т. е. размазыванием подвижных связей. В интервале между этими пороговыми температурами будет наблюдаться диффузный спектр, меняющийся с температурой. В описываемом случае разные дискретные спектры, соответствующие теории, были получены при —50 °С и при 180 °С, а в интервале между этими температурами спектр был диффузным и зависел от температуры. Хотя эти спектры количественно не анализировались, качественно из них следует, что время жизни таутомера при О °С должно быть порядка сантисекунды. [c.728]

СКИХ уровней, энергии которых могут быть определены при детальном анализе атомных спектров. Отсюда следует, что в волновой модели атома должны быть квантованные энергетические уровни, точно так же как в атомных моделях, построенных по экспериментальным данным. В волновой механике квантованное энергетическое состояние называют собственным значением. Итак, для каждой собственной функции существует соответствующее собственное значение. Интерпретация этого термина довольно сложна. Она основана на аналогии со светом (имеющим также волновую природу), интенсивность которого в данной точке пропорциональна квадрату амплитуды световой волны в этой точке. Аналогично интенсивность электронной волны пропорциональна г з . Однако эта идея сама по себе дает довольно мало информации, и поэтому приходится прибегать к одному из двух следующих способов ее интерпретации. Согласно первому из них, предполагается, что электрон движется вокруг ядра по пути, который не обязательно имеет сферическую симметрию. В этом случае 1)3 представляет собой величину, характеризующую зависящее от времени распределение отрицательного заряда вокруг ядра. Эту динамическую модель электрона довольно трудно себе представить, и она может быть заменена на эквивалентную статическую модель электрона в виде облака отрицательного заряда, распределенного (не обязательно сферически) вокруг ядра, причем плотность заряда в любой элементарной ячейке пространства dxdydz) будет пропорциональна йх йу йг). Эквивалентность этих двух моделей становится очевидной, если представить себе, что ноло-/кения движущегося электрона будут отмечаться точками в пространстве в течение значительного промежутка времени. Плотность точек на этом графике будет выглядеть как облако статического заряда. Согласно второй интерпретации 113 (использование которой более оправдано именно в этой интерпретации, поскольку в ней не принимается, что электрон размазан в пространстве), электрон рассматривается как частица и вероятность его наблюдения в любой точке в канадый момент пропорциональна величине я)) для этой точки. Обе интерпретации полезны. В последней отражен принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно точно описать и местонахождение электрона в атоме и его энергию (или момент) в одно и то же время. Так, если точно известна энергия уровня, на котором находится электрон, то нельзя проследить его точную орбиту (подобную предложенной Бором). Вместо этого для данного энергетического уровня существует атомная орбиталь несколько размытой формы, определяемой значением вероятности для всех ее точек. Такая орбиталь, обычно обозначаемая как АО, принимает определенную форму, лишь если пренебречь теми ее областями, где вероятность нахождения электрона очень мала. С другой стороны, интерпретация по типу модели облака заряда является несравненно более полезной при наглядном изобрал<ении химической связи. [c.33]

Впервые идея сохранения в самом общем виде как основной принцип развития мира зародилась еще в древности. Например, греческий философ Эмпедокл (450 лет до н. э.) учил, что ничего не может происходить из ничего и ничто не может быть уничтожено. В простейшей форме эта идея получила количественное выражение в законе рычага Архимеда. Согласно этому закону, сила обратно пропорциональна перемещению (золотое правило механики), что соответствует постоянству их произведения, то есть работы. Леонардо да Винчи распространил этот закон на вращательное движение (ворот). При этом постоянным оказывается произведение вращательного момента на угол поворота. В 1842 г. Р. Майер экспери.ментально открыл закон эквивалентности теплоты и работы и определил числовое значение механического эквивалента теплоты. В 1843 г. Д. Джоуль и независимо от него Б 1844 г. Э. X. Ленц установили закон сохранения энергии применительно к термически.м и электрическим явлениям (закон Джоуля — Ленца). Наконец, в 1847 г. Гельмгольц обобщил этот закон, распространив его на все формы движения материи. Термин энергия происходит от греческого слова eпerge a — деятельность. [c.105]