Αστροφυσική. Οµάδα 2. v f = 0

Σχετικά έγγραφα
ΚΑΤΑΝΟΜΗ BOLTZMANN ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Κινητική Θεωρία πλάσµατος

Φυσική για Μηχανικούς

Αστροφυσική. Ενότητα # 5: Μαγνητικά Πεδία στην Αστροφυσική. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Φυσική για Μηχανικούς

k 3/5 P 3/5 ρ = cp 3/5 (1) dp dr = ρg (2) P 3/5 = cgdz (3) cgz + P0 cg(z h)

Ροπή αδράνειας. q Ας δούµε την ροπή αδράνειας ενός στερεού περιστροφέα: I = m(2r) 2 = 4mr 2

Κίνηση στερεών σωμάτων - περιστροφική

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΦΥΕ14-5 η Εργασία Παράδοση

Αστροφυσική. Ενότητα # 1 (Εισαγωγική): Εισαγωγή στη Ρευστομηχανική. Νικόλαος Στεργιούλας Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ Φεβρουάριος 2015 (λυσεις)

Ενέργεια στην περιστροφική κίνηση

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

3 + O. 1 + r r 0. 0r 3 cos 2 θ 1. r r0 M 0 R 4

Το σύστημα των μη αλληλεπιδραστικών ροών και η σημασία του στην ερμηνεία των ιδιοτήτων των ιδανικών αερίων.

2. Στο ηλιακό στέµµα η ϑερµότητα διαδίδεται µε αγωγιµότητα και η ϱοή ϑερµικής ενέργειας (heat flux)είναι

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ε. Στυλιάρης

Αστροφυσική. Ενότητα # 4: Αστρικοί άνεμοι, σφαιρική προσαύξηση και δίσκοι προσαύξησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

L = T V = 1 2 (ṙ2 + r 2 φ2 + ż 2 ) U (3)

website:

Εισαγωγή στην Αστρονομία

ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΛΞΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΩΡΙΑ

Ενότητα 9: Ασκήσεις. Άδειες Χρήσης

Ασκήσεις Γενικά Μαθηµατικά Ι Οµάδα 9

ΜΑΘΗΜΑ - VI ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι (ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ) Α. ΑΣΚΗΣΗ Α3 - Θερµοχωρητικότητα αερίων Προσδιορισµός του Αδιαβατικού συντελεστή γ

KATANOMEΣ- ΚΑΤΑΝΟΜΗ MAXWELL ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Τα θέματα συνεχίζονται στην πίσω σελίδα

Στην πράξη βρίσκουμε το Ν Α [το P (A)] όχι με παρατηρήσεις, αλλά με τη χρήση της λογικής (π.χ. ζάρι) ή της Φυσικής (π.χ. όγκος)

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Α. και d B οι πυκνότητα του αερίου στις καταστάσεις Α και Β αντίστοιχα, τότε

1. Για το σύστηµα που παριστάνεται στο σχήµα θεωρώντας ότι τα νήµατα είναι αβαρή και µη εκτατά, τις τροχαλίες αµελητέας µάζας και. = (x σε μέτρα).

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

+ cos(45 ) i + sin(45 ) j + cos(45 ) i sin(45 ) j +

c 4 (1) Robertson Walker (x 0 = ct) , R 2 (t) = R0a 2 2 (t) (2) p(t) g = (3) p(t) g 22 p(t) g 33

ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3,4. Συστήµατα ενός Βαθµού ελευθερίας. k Για E 0, η (1) ισχύει για κάθε x. Άρα επιτρεπτή περιοχή είναι όλος ο άξονας

εάν F x, x οµόρροπα εάν F x, x αντίρροπα B = T W T = W B

Εισαγωγή στην αστρονοµία Μεταβλητοί Αστέρες

Φυσική για Μηχανικούς

Πρόβλημα 4.9.

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

f (x) = l R, τότε f (x 0 ) = l. = lim (0) = lim f(x) = f(x) f(0) = xf (ξ x ). = l. Εστω ε > 0. Αφού lim f (x) = l R, υπάρχει δ > 0

Φυσική- Κεφάλαιο Μηχανικής των Ρευστών

Δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση των αέριων μαζών

1. Ηλεκτρικό Φορτίο. Ηλεκτρικό Φορτίο και Πεδίο 1

11 η Διάλεξη Κινητική θεωρία των αερίων, Κίνηση Brown, Διάχυση. Φίλιππος Φαρμάκης Επ. Καθηγητής. Εισαγωγικά

lim Δt Δt 0 da da da dt dt dt dt Αν ο χρόνος αυξηθεί κατά Δt το διάνυσμα θα γίνει Εξετάζουμε την παράσταση

1 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ-ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ

Όταν ένα δοκιµαστικό r φορτίο r βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, δέχεται µια ηλεκτρική δύναµη: F = q E. Η ηλεκτρική δύναµη είναι συντηρητική.

m 1 m 2 2 (z 2 + R 2 ). 3/2

Επαναληπτικό ιαγώνισµα Β Τάξης Λυκείου Κυριακή 10 Μάη 2015 Βολή/Θερµοδυναµική/Ηλεκτρικό Πεδίο

Βαρύτητα Βαρύτητα Κεφ. 12

Θερμοδυναμική. Ενότητα 2: Υπολογισμοί σε διεργασίες ιδανικού αερίου Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

Ταλαντώσεις 6.1 Απλή Αρµονική Ταλάντωση σε µία ιάσταση Ελατήριο σε οριζόντιο επίπεδο Σχήµα 6.1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Ιούνιος 2004

4 η Εργασία (Ηµεροµηνία Παράδοσης: )

p = p n, (2) website:

Αστροφυσική. Ενότητα # 2: Αστρική Δομή - Εφαρμογές Ρευστοδυναμικής. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέµβριος 2004

Μετασχηµατισµοί Laplace, Αναλογικά Συστήµατα, ιαφορικές Εξισώσεις

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

Ένα εκκρεμές σε επιταχυνόμενο αμαξίδιο

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ-1 ΟΡΙΣΜΟΙ

1. Παράρτηµα. Θερµοδυναµικής της ατµόσφαιρας

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Η ατμόσφαιρα συμπεριφέρεται σαν ιδανικό αέριο (ειδικά για z>10 km)

dq dv = k e a 2 + x 2 Q l ln ( l + a 2 + l 2 ) 2 10 = (

v = 1 ρ. (2) website:

Το βαρυτικό πεδίο της Γης.

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-V ΑΣΚΗΣΗ Α2 - JOULE-THOMSON

Το θεώρηµα πεπλεγµένων συναρτήσεων

Κεφάλαιο Η3. Ηλεκτρικό δυναµικό

u u u u u u u u u u u x x x x

Κεφάλαιο 2 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ. 2.1 Συνάρτηση

Λύση Εξίσωσης Laplace: Χωρισμός Μεταβλητών

Περι - Φυσικής. Επαναληπτικό ιαγώνισµα Β Τάξης Λυκείου Κυριακή 10 Μάη 2015 Βολή/Θερµοδυναµική/Ηλεκτρικό Πεδίο. Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

P H Y S I C S S O L V E R ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Ι ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ Ι. Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΔΟΙ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική Ι 20 Οκτωβρίου 2011

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

. Αυτό σηµαίνει ότι το κέντρο µάζας κινείται ευθύγραµµα µε σταθερή επιτάχυνση a! = F!

Εργασία 3, ΦΥΕ 24, N. Κυλάφης

Φυσική για Μηχανικούς

Γενικά Μαθηµατικά Ι Θέµατα Ιανουαρίου 2015

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ, 8 Μαρτίου 2019 Διδάσκοντες: Βαρσάμης Χρήστος, Φωτόπουλος Παναγιώτης

διαιρούμε με το εμβαδό Α 2 του εμβόλου (1)

Ακουστικό Ανάλογο Μελανών Οπών

0,4 2 t (όλα τα μεγέθη στο S.I.). Η σύνθετη ταλάντωση περιγράφεται (στο

Μάθημα Ακουστικής. Νικόλαος Παλληκαράκης Καθ. Ιατρικής Φυσικής ΠΠ

Η ΜΕΘΟ ΟΣ "ΛΟΦΟΣ-ΤΡΙΒΗ" ( Friction-Hill Method, Slab Analysis)

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

ΕΡΓΟ ΔΥΝΑΜΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Χημείας Φυσική 1 1 Φεβρουαρίου 2017

website:

Κέντρο µάζας. + m 2. x 2 x cm. = m 1x 1. m 1

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

4.3 Παραδείγµατα στην συνέχεια συναρτήσεων

Η Ψ = Ε Ψ. Ψ = f(x, y, z, t, λ)

Transcript:

Αστροφυσική Οµάδα 2 1 Η εξίσωση Boltzann αποτελεί τη ϐάση της κινητικής ϑεωρίας των αερίων και περιγράφει την εξέλιξη της συνάρτησης κατανοµής ταχυτήτων f x, v, t ενός αερίου πλάσµα, αστέρες, µόρια στο χώρο και το χρόνο, Df Dt + F v f όπου F είναι η δύναµη µε την οποία έλκονται τα συστατικά του αερίου µεταξύ τους και η µάζα τους. Αν ορίσουµε την πυκνότητα του αερίου και τη µέση ταχύτητα του ϱευστού µε τη σχέση ρ x,t n f x, v,td 3 v u 1 vfd 3 v n και την πίεση από τη σχέση P x,t v u v ufd 3 v είξτε ότι αν ολοκληρώσετε όλα τα µέλη της εξίσωσης Boltzann ως προς τις ταχύτητες ϑα καταλήξετε στην εξίσωση συνέχειας και αν πολλαπλασιάσετε όλα τα µελή της εξίσωσης Boltzann µε την ταχύτητα v και στη συνέχεια ολοκληρώσετε ως προς τις ταχύτητες από το ως το ϑα καταλήξετε στη εξίσωση κίνησης του ϱευστού. Λύση: Η πρώτη ϱοπή ϐρίσκεται πολλαπλασιάζοντας την εξίσωση Boltzann µε v ολοκληρώνοντας στον χώρο των ταχυτήτων: f t + v F xf + vf f t d3 v + v x fd 3 v + 1 F v fd 3 v fd 3 v + x f vd 3 v+ 1 v ffd t 3 v 1 1

Κάνοντας χρήση των εξισώσεων n fd 3 v 2 u 1 f vd 3 v 3 n και του ϑεωρήµατος Gauss, η τελευταία σχέση γράφεται: n t + x n u+ 1 ff ds 4 S Στο τελευταίο όρο της 4 η ολοκλήρωση νοείται σε επιφάνεια του χώρου των ταχυτήτωνs. Επειδή για οποιαδήποτε κατανοµή ταχυτήτων πεπερασµένης ενέργειας η συνάρτηση κατανοµής f καθώς v γρηγορότερα από οποιαδήποτε δύναµη της ταχύτητας v n, οι όροι αυτοί µηδενίζονται. Καταλήγουµε λοιπόν στην εξίσωση συνέχειας: n t + x n u 5 Στη συνέχεια πολλαπλασιάζουµε την εξίσωση Vlassov µε v 1 και ολοκληρώνουµε και πάλι στο χώρο των ταχυτήτων: v f t d3 v + f t + v F xf + vf v v x fd 3 v + 1 ] v[ F v f d 3 v 6 Ο πρώτος όρος της 6 µας δίνει: v f t d3 v t Ο δεύτερος όρος αναλύεται ως εξής: vfd 3 v n u 7 t v v x fd 3 v ê x v x 2 f x +v f xv y ê y v x v y f x +v2 y ê z v x v z f x +v yv z f y +v2 z y +v f xv z d 3 v + z f y +v f yv z d 3 v+ z f d 3 v z ή συνοπτικότερα, δεδοµένου ότι τα v δεν εξαρτώνται από τα x n : 2

v v x fd 3 v 1 fv n v d 3 v eˆ 8 Θεωρούµε ότι έχουµε µια κατανοµή η οποία κινείται µε µέση ταχύτητα u και ϑερµική ταχύτητα w. Τότε για τους όρους που περιέχουν µικτά γινόµενα συνιστωσών της ταχύτητας n ϑα ισχύει: ενώ για τους διαγώνιους όρους n : fv n v d 3 v nu u n 9 fvnd 2 3 v u 2 n fu n +w n 2 d 3 v fd 3 v + nv 2 n ++ nu 2 th 2u n w n fd 3 v + w 2 n fd3 v nu 2 n+ nu 2 th 1 όπου ϑέσαµεu 2 th w 2 n fd3 v. Συνεπώς το άθροισµα των διαγωνίων όρων ϑα µας δώσει: fvnd 2 3 v ê n nu 2 x n ê n + nu 2 n x th ê n n nu 2 x n ê n + nu 2 th n nu 2 x n ê n + 1 P 11 n όπου P nu 2 th η πίεση. Συνολικά εποµένως, η 8 γράφεται ως εξής: 3

v v x fd 3 v 1 1 n nu n u nu n u 1 nu n u eˆ + eˆ + eˆ + 1 P 1 nu 2 x n ê n + 1 n P u nu n eˆ + 1 P [ n u] u+n u u+ 1 P 12 Ο τρίτος όρος της 6 µπορεί να γραφεί ως εξής: v F [ ] v fd 3 v v Ff v d 3 v f v v Fd 3 v f F v vd 3 v Οι δύο πρώτοι όροι της παραπάνω εξίσωσης µηδενίζονται µε επιχειρηµατολογία όµοια µε εκείνη που χρησιµοποιήθηκε για τον µηδενισµό των ολοκληρωµάτων της 4, ενώ v v 1, οπότε: 1 Αντικαθιστώντας τις 7,12 και 13 στην 6 παίρνουµε: ] v[ F v f d 3 v n F 13 t n u+[ n u] u+n u u+ 1 P qn F 14 Κάνοντας χρήση της εξίσωσης συνέχειας εξίσωση 5, η τελευταία σχέση παίρνει τη µορφή: n u t +n u u P +n F 15 Η εξίσωση αυτή αποτελεί την εξίσωση κίνησης του ϱευστού. 2 Ενας δίσκος πάχους 2h και ακτίνας a αποτελείτε από ϱευστό µε οµοιόµορφη πυκνότητα ρ. Να υπολογισθεί η δυναµική του ενέργεια. Λύση: Θα ξεκινήσουµε µε τον τύπο που ϑα µας δώσει την δυναµική ενέργεια dw Gr,zdr,zsinθ r2 +z 2 4

υποθέτουµε ότι ο δίσκος είναι λεπτός και η ακτίνα του είναι πολύ µεγαλύτερη από το πάχος του, οπότε το ηµίτονο περιγράφει µόνο την ακτινική συνιστώσα της δύναµης ϐλέπε σχήµα, sinθ θ h/a. Με ϐάση αυτά ρ M/πa 2 2h r,z ρ πr 2 2z dr,z ρ 2πrdr2dz dw Gρ 2 8π2 r 2 drzdz h a a h h W 8π 2 Gρ 2 rdr zdz a W GM2 h 3a 2 3 Ενας αστέρας ϐρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας και υποθέτουµε ότι έχει σφαιρική συµµετρία και είναι οµογενής. είξτε ότι η ολική ϐαρυτική δυναµική ενέργεια του αστέρα W συνδέεται µε την εσωτερική του ενέργεια U µε το τύπο W +2U. Λύση: Η ισορροπία του αστέρα περιγράφεται από την εξίσωση dp dr ρg r 2 αν πολλαπλασιάσουµε και τα δύο µέλη της εξίσωσης µε τον όγκο V Η δυναµική ενέργεια και το αριστερό µέλος της εξίσωσης Pr P Γνωρίζουµε ότι dv d/ρ άρα VdP 1 Gd 3 r r Grd W r Vr VdP [PV] r PdV [PV] r Vr PdV r P ρ d Vr PdV 5

τελικά ϑα έχουµε αν συνδυάσουµε όλα τα παραπάνω [PV] r r P ρ d 1 3 Wr αν εφαρµόσουµε τη γενική αυτή σχέση για ολόκληρο τον αστέρα ϑα έχουµε M P ρ d 1 3 W απο την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων ή M P ρk BT µ H RT µ d 1 3 W όπου R k B / H. Για το µονοατοµικό αέριο η εσωτερική ενέργεια ανά σωµατίδιο είναι 3/2k B T και η εσωτερική ενέργεια αν µονάδα µάζας u 3/2RT/µ και επιστρέφοντας στην αρχική µας σχέση ϑα έχουµε ] M 2 3 ud 1 3 W U 1 2 W. 6