80281

ПРОЕКТУВАННЯ ВІРТУАЛЬНОГО ПРИЛАДУ ДОСДІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Усі середовища складаються з атомів і молекул. Молекули знаходяться у хаотичному русі. При великій кількості часток у системі (вуглеводневі енергоносії, гірські породи, водні середовища) нема змоги детально описати поведінку кожної окремої часточки. Однак загальні риси поведінки системи в цілому є опосередкованим відображенням руху окремих часточок

Украинкский

2015-02-16

395 KB

0 чел.

Лекція № 6

ПРОЕКТУВАННЯ ВІРТУАЛЬНОГО ПРИЛАДУ ДОСДІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

6. 1. Дослідження математичної моделі визначення температури

Усі середовища складаються з атомів і молекул. Молекули знаходяться у хаотичному русі. При великій кількості часток у системі (вуглеводневі енергоносії, гірські породи, водні середовища) нема змоги детально описати поведінку кожної окремої часточки. Однак загальні риси поведінки системи в цілому є опосередкованим відображенням руху окремих часточок. Вони розподіляються по можливим для них станам – їх координати r і імпульси p приймають певні значення. Математично це описується функцією розподілення Больцмана.

Больцман (Boltzmann) Людвіг (20.2.1844, Відень – 5.9.1906, Дуіно коло Трієсту австрійський фізик, один з фундаторів статистичної фізики і фізичної кінетики. Член Віденської академії (1895) і багатьох академій світу. У 1866 р закінчив Віденський університет. З 1867 приват-доцент цього Університету. 1899 проф. математики Віденського університету.

Ця функція розподілення характеризує ймовірність перебування часточки у певному стані. Так наприклад, для газових середовищ рух молекул, що знаходяться у полі зовнішніх фізичних взаємодій, їх динаміку можливо представити функцією розподілення Больцмана [1]:

,                                        (6.1)

де А – визначається з умови, що сумарне число часточок, що розподілені по усім можливим станам, дорівнює повному числу часточок у системі (умова нормування), в.о;

р2/2m – кінетична енергія молекули, Дж;

m – маса молекули, г;

U(r) – її потенційна енергія у зовнішньому полі, Дж;

k = (1,38054±0,00018)∙10-23 – постійна Больцмана, Дж/К;

Т- абсолютна температура газу, К.

Оскільки величина kT характеризує середню енергію теплового руху молекули, то у Больцмана статистиці розподілення часток по станам визначається відношенням повної енергії часточки (кінетична плюс потенційна) до енергії її теплового руху.

Функція розподілення (6.1) вміщує два співмножника: ехр[-p2/(2mkT)] i exp[-U(r)/(kT)]. Перший з них визначає розподілення молекул по імпульсам (або швидкостям) тобто є Максвела розподіленням, а другий – розподіленням за координатами у полі зовнішніх навантажень.

За допомогою функції розподілення Больцмана визначають концентрацію молекул повітря (незалежно від їх імпульсу) зі зміною висоти над поверхнею Землі (барометричний тиск).

Для спрощення розрахунків потенціальну енергію молекул не враховують оскільки вона мала, тому внутрішня енергія середовища залежить тільки від температури.

U = Wk+WП = WП ,                                                       (6.2)

Для встановлення температури середовища після зовнішнього впливу використовують різні прилади. При відсутності приладів можливо використовувати віртуальні їх аналоги. На Рисунку 6.1 показано один з варіантів підготовки віртуального приладу для вимірювання температури. Він вимірює кінцеву температуру середовища за формулою:

,                                                             (6.3)

де Т2- кінцева температура середовища, К;

Qкількість теплоти, що підведена до середовища, Дж;

с =4,22 – питома теплоємність води при 2930 К, Дж/(кг К) [2];

m= 29,9∙10-27 – маса молекули води, кг, [2];

Т1 – початкова температура води, К.

6.2. Прилади вимірювання температури

На рисунку 6.1 а показано схему контрольної панелі, на рисунку 6.1 б – блок схема приладу.

а)                                                         

б)

Рисунок 6.1 – Віртуальний прилад вимірювання температури

Для вимірювання температури можливо використовувати таку функцію у блок схемі приладу, як Формульний вузол – Formula Node, рисунок 6.2. Контрольна панель приладу не змінюється, дивись рисунок 6.1. а).

Рисунок 6.2 – блок-схема віртуального приладу вимірювання температури з використанням функції Формульний вузол – Formula Node

Третій варіант віртуального приладу вимірювання температури з використанням функції Формульний вузол – Formula Node показано на рисунку 6.3.

а)

б)

Рисунок 5.3 - Третій варіант віртуального приладу вимірювання температури з використанням функції Формульний вузол – Formula Node

Контрольні питання для самоперевірки матеріалу Лекції 6

6.1. Чим опосередковано загальні риси поведінки молекулярної системи в цілому?

Загальні риси поведінки молекулярної системи є опосередкованим відображенням руху окремих часточок.

6.2. Якими показниками характеризується стан молекули?

Розподіленням за можливим станом, що визначається значенням координати r і імпульсом p молекули.

6.3. Якім розподіленням можливо відобразити рух молекул?

Математично це описується функцією розподілення Больцмана.

6.4. Коли жив Людвіг Больцман і кім він був?

Больцман (Boltzmann) Людвіг (20.2.1844, Відень – 5.9.1906, Дуіно коло Трієсту) - австрійський фізик, один з фундаторів статистичної фізики і фізичної кінетики.

6.5. Що характеризує функція розподілення Больцмана?

Ця функція розподілення характеризує ймовірність перебування часточки у певному стані.

6.6. Зобразити функцією розподілення Больцмана [1]:

,

де А – визначається з умови, що сумарне число часточок, що розподілені по усім можливим станам, дорівнює повному числу часточок у системі (умова нормування), в.о;

р2/2m – кінетична енергія молекули, Дж;

m – маса молекули, г;

U(r) – її потенційна енергія у зовнішньому полі, Дж;

k = (1,38054±0,00018)∙10-23 – постійна Больцмана, Дж/К;

Т- абсолютна температура газу, К.

6.7. Що характеризує величина kT у розподіленні Больцмана?

Величина kT характеризує середню енергію теплового руху молекули.

6.8. Що визначає співмножник ехр[-p2/(2mkT)] у розподіленні Больцмана?

Співмножник ехр[-p2/(2mkT)] у розподіленні Больцмана визначає розподілення молекул по імпульсам (або швидкостям).

6.9. Що визначає співмножник exp[-U(r)/(kT)] у розподіленні Больцмана?

Співмножник exp[-U(r)/(kT)] у розподіленні Больцмана визначає розподілення за координатами у полі зовнішніх навантажень.

6.10. Що визначають за допомогою функції розподілення Больцмана ?

За допомогою функції розподілення Больцмана визначають концентрацію молекул повітря (незалежно від їх імпульсу) зі зміною висоти над поверхнею Землі (барометричний тиск).

6.11. Яким чином спрощують функцію розподілення Больцмана?

Для спрощення розрахунків потенціальну енергію молекул не враховують оскільки вона мала.

6.1.2. Як визначається внутрішня енергія середовища і від чого вона залежить

Внутрішня енергія середовища залежить тільки від температури, і визначається як: U = Wk+WП = WП ,

6.13. Складіть математичну модель встановлення температури середовища після зовнішнього впливу.

Кінцева температуру середовища після зовнішнього впливу:

,

де Т2- кінцева температура середовища, К;

Qкількість теплоти, що підведена до середовища, Дж;

с =4,22 – питома теплоємність води при 2930 К, Дж/(кг К) [2];

m= 29,9∙10-27 – маса молекули води, кг, [2];

Т1 – початкова температура води, К.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Большая советская енциклопедія (в 30 томах) Гл. ред А.М. Прохоров. 3-е изд. М.:, Советская Энциклопедия, 1970. Т 3 Бари - Браслетст. 1970, - 640 с. С илл., 26 листов, карт 7 листов, 1 карта - вкладка.

2. Енохович А.С. Краткий справочник по физике [Текст]/А.С.Енохович. М.: Высш. Школа, 1976. – 288 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27252. Які витрати виробництва несе фірма (підприємство) в короткому періоді? Поясніть, в тому числі і графічно, взаємозв’язок між ними 35.44 KB
  Які витрати виробництва несе фірма підприємство в короткому періоді Поясніть в тому числі і графічно взаємозвязок між ними. Витрати виробництва за короткостроковий період Взаємозв'язок економічних і бухгалтерських витрат і прибутку Загальна виручка підприємства Економічні витрати Економічний прибуток Явні витрати Витрати на обладнання Сировина Електроенергія Заробітна плата Інші явні витрати Неявні витрати Процент на власний капітал Зарплата підприємця Нормальний прибуток Інші неявні витрати Бухгалтерські витрати Бухгалтерський прибуток У...
27253. Поясніть механізм дії закону спадної віддачі (спадного граничного продукту МР). В чому полягає взаємозв’язок загального (ТР), середнього (АР) та граничного продукту (МР). Чи є спадна продуктивність загальним явищем, притаманним діяльності фірми і в коротк 17.11 KB
  Чи є спадна продуктивність загальним явищем притаманним діяльності фірми і в короткому і в довгому періодах Закон спадної віддачі один із законів ринкової економіки який полягає в тому що з певного моменту послідовне приєднання одиниці змінного ресурсу наприклад праці до незмінного фіксованого ресурсу капіталу або землі дає додатковий або граничний продукт який зменшується в розрахунку на кожну наступну одиницю змінного ресурсу. Середній продукт МР показує середню віддачу продуктивність змінного фактора тобто загальний обсяг...
27254. Ґрунтуючись на характеристиці довгого періоду функціонування фірми, поясніть взаємодію середніх загальних витрат (АТС) у короткому і довгому періодах. Користуючись концепцією позитивного та негативного ефекту масштабу, поясніть форму кривої довгострокових 72.76 KB
  Середні сукупні витрати АТС кількість сукупних витрат виробництва що припадає на одиницю випуску продукції. Довгострокові середні витрати тобто витрати на одиницю продукції формують ціну виробника від рівня якої залежить результат діяльності фірми її успіх на ринку. Якщо ціна виробника виявиться нижчою за ринкову ціну фірма одержить економічний прибуток в іншому разі вона матиме збитки і буде витіснена з ринку тому мінімізація середніх витрат складає основне завдання виробничої діяльності фірми.
27255. Проаналізуйте процес виробництва як процес споживання економічних ресурсів. Дайте характеристику мети та системи обмежень фірми у використанні економічних ресурсів. Поясніть, як показник MRTS відображає дію закону спадної прибутковості 32.8 KB
  Проаналізуйте процес виробництва як процес споживання економічних ресурсів.ресурси прийнято ділити на чотири групи: природні потенційно придатні для застосування в виробництві природні сили та речовини серед яких розрізняють невичерпні та вичерпні а в останніх відновлювані та невідновлювані ; матеріальні всі створені людиною рукотворні засоби виробництва що самі є результатом виробництваверстати обладнання заводи транспортні засоби будинки.; трудові населення в працездатному віці яке в ресурсному аспекті...
27256. Виведіть графічно та алгебраїчно рівновагу підприємства – споживача економічних ресурсів. В чому полягає правило мінімізації витрат 24.5 KB
  В чому полягає правило мінімізації витрат Изокванта це лінія кожна точка якої відображає такі комбінації ресурсів праці та капіталу які дають змогу отримати однаковий обсяг виробництва продукції. Чим більша кількість використовуваних ресурсів тим більший обсяг виробництва і тим далі від початку координат міститься відповідна ізокванта. Карта ізоквант Отже різні комбінації факторів виробництва у межах ізокванти забезпечують виробництво певної кількості продукції а це означає що ці фактори деякою мірою є взаємозамінними. Для...
27257. Порівняйте криві байдужості в теорії поведінки споживача з ізоквантами в теорії виробництва, а також бюджетну лінію та ізокосту. Виведіть кути їх нахилу 45.56 KB
  Порівняйте криві байдужості в теорії поведінки споживача з ізоквантами в теорії виробництва а також бюджетну лінію та ізокосту. Крива байдужості це лінія рівної корисності всі точки якої показують множину наборів комбінацій двох благ що забезпечують один і той же рівень корисності. норма і нахил кривих байдужості визначаються уподобаннями споживача і залежать від ступеня замінності благ у споживанні. Узагальнимо властивості кривих байдужості: криві байдужості не можуть перетинатися; криві байдужості розташовані далі від початку...
27258. Гроші, їх функції і функціональні форми. Грошова маса та її структура. Товарне виробництво 22.58 KB
  Гроші є з одного боку виробничими відносинами які виникають у товарному виробництві за усіх видів обміну результатами трудової діяльності. Гроші це форма що історично виникла яка повинна мати власний матеріальний носій. Такий підхід до функцій грошей означає що гроші представляють інструмент економічних відносин у суспільстві і саме люди використовуючи можливості грошей можуть визначати ціни товарів застосовувати гроші в процесах реалізації й платежів а також використовувати їх як засіб нагромадження. Функція міри вартості полягає в...
27259. Ціна як економічна категорія, її функції, види. Ціноутворюючі фактори 52.77 KB
  Тому ціна як категорія кількісна це грошове вираження вартості товару. Це знайшло своє відображення у багаточисельності теорій присвячених вартості і цінам. Теорія трудової вартості. Суть цієї теорії в тому що субстанція і величина вартості як основа мінової вартості і цін визначається працею Вартість це втілена в товари праця.
27260. Ринок, його риси і функції. Структура та інфраструктура ринку 21.96 KB
  Ринок це сукупність економічних відносин що виникають між виробниками і споживачами у процесі вільного еквівалентного обміну виробленими благами послугами який організований за законами товарного виробництва і грошового обігу. З цього визначення ринку випливає що поперше ринок завжди обумовлюється природою виробництва хоч йому властива значна самостійність і він активно впливає на всі відтворювальні процеси їх кінцеві результати та ефективність. Потретє ринок означає систему саморегулювання економіки що стимулює розвиток...