Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Лит. CM. при ст. Термодинамика.
РАБОТА с и л ы — мера действия силы, зависящая от её модуля и направления и от перемещения точки приложения силы. Если сила F постоянна по модулю и направлению, а перемещение M0M1 прямолинейно (рис. 1), то Р. определяется равенством А = Fscosa, где s M0M1, а — угол между направлениями силы
Рис. і.
М0 M
с
Ж-
М.
Это выражение существенно зависит от того, какие зна-'еиия имеют величины Xj = Xi(T, х, N) в каждом из оомежуточиых состояний квазистатич. перехода —> 2, к-рые определяются не только набором пара-ггров хі, но н значениями темп-ры T (или энтропии ) и чисел частиц отд. компонентов N = (ArJ). Вели-іииа AW зависит от пути интегрирования, а бW не является полным дифференциалом в переменных (7*, х, N), определяющих термодинамич. состояние системы. Поэтому в результате замкнутого кругового процесса можно получить отличную от нуля работу.
Величина &W участвует наряду с изменением внутр. анергии dU и величиной подводимого к системе тепла.
и перемещения. Если а < 90°, то А > 0, а если 180° > S= а > 90°, то А < 0; если же а = 90°, т. е. если сила перпендикулярна перемещению, то A= 0. Единицы измерения Р. — джоуль, эрг (1 эрг = IO-7 Дж) и килограмм-сила на 1 метр (1 кгс‘мяк9,81 Дж).
В общем случае для вычисления Р. силы вводят понятие элементарной работы dA — Fdscosa = Fxds, где ds — элементарное перемещение точки приложения силы, а — угол между силой и касательной к траектории её приложения, направленной в сторону перемещения точки, Fx — проекция силы на эту касательную (рис. 2). В декартовых координатах
dA=Fxdx-\-Fydy-\-Fzdz, (1)
Рио. 2.
CTs Г
где Fx, Fy, Ft- проекции силы на координатные оси; х, у. z — координаты точки её приложения. В обобщённых координатах
dA
(2)
ф 13 Физическая энциклопедия, т. 4
где Qi— обобщённые координаты, Qi— обобщённые силы. Для сил, действующих на тело, имеющее неподвижную ось вращения z, dA = Mzd(p, где Mz — сумма моментов сил относительно оси вращения, ф — угол поворота тела. Для сил давления dA — pdV, где р — давление, V — объём.
Р. силы на конечном перемещении определяется как предел интегральной суммы соответствующих элементарных работ н прн перемещении M0Mi выражается криволинейным интегралом
A= ^ (Fcosa)ds илн A— ^ (Fxdx-\-Fydy-\-Fzdz).
M1M1 MltMl
Для потенциальных сил dA — dU нли dA — —<Ш, где U — силовая ф-пия, П — потенциальная энергия системы, A = Ux — U0 или А = П0 — II1, где U0, U1, П0, II1 — значения соответствующих величин в начальном и конечном положениях системы; в этом случае Р. не зависит от вида траекторий точек приложения сил. При движении механич. системы сумма работ всех действующих сил на нек-ром перемещении этой системы равна изменению её кинетической энергии T иа этом же перемещении, т. е.
^Ai=T1-T,.
Понятие Р. широко используется в механике и в др. областях физики, а также в технике. с. М. Tapzr
РАБОТА ВKlХОДА — энергия, к-рая затрачивается твёрдым или жидким телом при тепловом возбуждении электрона этого тела в вакуум (в состояние с равной нулю кинетич. энергией). Р. в. равна разности двух энергий: 1) энергии покоящегося электрона, находящегося в такой точке вне тела, к-рая, с одной стороны, удалена от поверхности тела на расстояние, во много раз превышающее межатомные расстояния, а с др. стороны, гораздо ближе к рассматриваемой поверхности тела, чем к др. телам и к краю этой поверхности (в частности, эта точка должна быть далека от края рассматриваемой крнсталлич. грани); 2) эл.-хим. потенциала электронов в рассматриваемом теле, к-рый в состоянии термодинамич. равновесия одинаков во всех точках тела. Если эл.-статич. потенциал в вакууме в указанной точке равен фвакі в объёме тела — ф0б, Jp — фе р ми-энергия электронов (уровень их хим. потенциала), Sp — <?ф0б - - эл.-хим. потенциал электронов в рассматриваемом теле, то Р. в. равна
ф=— ефвак—(*f—еФоб)- (1)
Оси. часть Р. в. представляет собой энергию связи электрона в твёрдом теле с атомными ядрами и др. электронами и аналогична энергии ионизации атомов и молекул. Однако есть ещё вклад в Р. в., связанный с наличием в приповерхностной области любого тела двойного электрич. слоя. Он возникает даже на идеально правильной и чистой поверхности кристалла в результате того, что «центр тяжести» плотности электронов в приповерхностной крнсталлич. ячейке не совпадает с плоскостью, в к-рой расположены иоиы. При этом разность фвак — ф0б 4 лРа) где Ps — дипольный момент двойного слоя, приходящийся на единицу площади поверхности (Ps > 0, если дипольний момент направлен наружу). Толщина двойного слоя в металлах и аналогичного двойного слоя в полупроводниках порядка межатомных расстояний. В полупроводниках вблизи поверхности помимо этого возникает ещё двойной слой в виде области пространственного заряда, толщина к-рой может достигать тысяч межатомных расстояний.
Р. в.— характеристика поверхности тела. Грани одного и того же кристалла, образованные разными кристаллографии, плоскостями или покрытые разными
веществами, нмеют разные величины Ps и потому разные Р. в. Потенциалы фвак этих поверхностей разные (каждый из этих потенциалов определяется в точке, близкой к соответствующей поверхности), поэтому между поверхностями возникают контактная разность потенциалов и соответствующее эл.-статич. поле.
