Читать «101 ключевая идея: Физика» онлайн - страница 22

Электроны отражаются каждым слоем атомов; с прилегающих слоев электроны взаимно усиливают отклонение в строго определенных направлениях, соответствующих рисунку дифракции. При этом величина отклонения между отраженными волнами от прилегающих слоев должна измеряться целыми числами де-бройлевской длины волны. Поскольку величина отклонения равна 2dsin θ/2, где d — расстояние между слоями, θ — угол отклонения, то угол дифракции 2 d sin θ /2 = пк, где n — целое число. Измерив угол дифракции каждого дифрагированного луча, можно вычислить длину волны, если известно d. Значение длины волны можно проверить исходя из разности потенциалов анода V электронной пушки при помощи уравнения λ = h/(2meV)^1/2, где m — масса электрона, е — заряд электрона. Это уравнение получается путем преобразования следующих равенств: анода пушки eV = ¹/₂тv², импульса mv = (2meV)^1/2 и де-бройлевского X = h/mv.

См. также статью «Квантовая теория».

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Коэффициентом полезного действия (КПД) устройства называется отношение энергии, выдаваемой устройством, к энергии, получаемой этим устройством, или отношение полезной энергии к потребляемой. КПД можно измерять в процентах, умножив этот показатель на 100. Чтобы какое-либо устройство или механизм произвели полезную работу, нужна поступившая к ним энергия. Таким образом, КПД — часть энергии, потраченной на полезную работу. Тепловой двигатель приводит в действие механизмы, получая тепловую энергию от сгорания топлива. Трансформатор генерирует электрический ток определенного напряжения, будучи подключенным к источнику электрического тока другого напряжения. Энергия, не потраченная на полезную работу, пропадает, ее невозможно вернуть и потратить на что-то полезное. На национальном уровне около 20 % производимой энергии тратится зря вследствие неэффективности электростанций, при ее передаче и при преобразовании одного вида энергии в другой.

Тепловым называется двигатель, работающий между резервуарами с высокой и низкой температурой. Тепло из высокотемпературного резервуара используется для выполнения полезной работы. Не все оно может быть преобразовано в работу, так как часть его поступает в низкотемпературный резервуар, поскольку двигатель работает за счет разности температур. КПД двигателя равен W/Q₁ где W — работа, выполненная двигателем с помощью энергии Q₁ полученной из высокотемпературного резервуара. Так как W = Q₁ — Q₂, где Q₂ — энергия, поступившая в низкотемпературный резервуар, то КПД двигателя равен (Q₁ — Q₂)/Q₁- КПД всегда меньше единицы, поскольку Q₂ — величина не нулевая.

Наиболее эффективным тепловым двигателем является модель идеального реверсивного двигателя. По определению, КПД реверсивного двигателя (Т₁ — Т₂)/Т₁ где Т₁ — температура высокотемпературного резервуара, Т₂ — температура низкотемпературного резервуара.

См. также статьи «Энергия и мощность», «Энтропия».