- •Нормальное ускорение
- •Полное ускорение
- •Первый закон Ньютона
- •Второй закон Ньютона
- •Третий закон Ньютона
- •5.Момент инерции. Момент импульса. Момент силы. Основной закон динамики вращательного двидения.
- •6. Термодинамические параметры. Уравнение Менделеева-Клапейрона.
- •7. Изопроцессы. Адиабатический процесс. Их уравнения и графики.
- •Изобарный процесс
- •Изохорный процесс
- •Изотермический процесс
- •Адиабатический процесс
- •8. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам и адиабатическому процессу.
- •Формулировка
- •9. Теплоемкости удельная, молярная Ср и Сv. Уравнение Майера.
- •Уравнение Майера
- •10. Круговой процесс. Цикл Карно. Кпд тепловой машины.
- •11. Напряженность и потенциал электрического поля. Закон Кулона.
- •12. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия конденсатора. Соединение конденсаторов.
- •14. Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа.
- •15. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля.
- •16. Сила Лоренца. Эффект Холла.
- •18. Диа-,ферро- и парамагнетики. Явление магнитного гистерезиса.
- •19. Гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Период колебаний математического и физического маятников и колебательного контура.
- •Виды колебаний
- •Уравнение гармонических колебаний
- •Период физического маятника — твердое тело, совершающее колебания в гравитационном поле вокруг горизонтальной оси подвеса, расположенной выше его центра тяжести.
- •20. Бегущие и стоячие волны.
- •21, Электромагнитные волны. Шкала э/м волн. Монохроматические волны. Дисперсия света.
- •Шкала электромагнитных волн
- •22. Интерференция света. Условия максимума и минимума. Кольца Ньютона.
- •23. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Ход лучей на дифракционной решетке.
- •24. Поляризация света. Виды поляризации. Закон Малюса.
- •25. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление.
- •26. Тепловое излучение и его характеристики. Законы теплового излучения.
- •Основные свойства теплового излучения
- •Основные понятия и характеристики теплового излучения
- •Общий вид закона смещения Вина
- •27. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
- •28. Строение атома. Постулаты Бора. Излучение и поглощение.
- •29. Строение ядра. Закон радиоактивного распада.
8. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам и адиабатическому процессу.
Первое начало термодинамики
Формулировка
Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики
В любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным.[2] Это — формулировка Дж. П. Джоуля (1842 г.).
Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, то есть, оно зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Это определение особенно важно для химической термодинамики[2] (ввиду сложности рассматриваемых процессов). Иными словами, внутренняя энергия является функцией состояния. В циклическом процессе внутренняя энергия не изменяется.
Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты , сообщённому системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества при химическом потенциале , и работы [3], совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом работы , совершённой самой системой против внешних сил
.
Первое начало термодинамики:
при изобарном процессе
при изохорном процессе ()
при изотермическом процессе
Здесь — масса газа, — молярная масса газа, — молярная теплоёмкость при постоянном объёме, — давление, объём и температура газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.
Рисунок 2.3.3. Первое начало термодинамики для изохорного процесса. |
Рисунок 2.3.4. Первое начало термодинамики для изобарного процесса. |
Рисунок 2.3.5. Первое начало термодинамики для изотермического процесса. |
Рисунок 2.3.6. Первое начало термодинамики для адиабатного процесса. |
9. Теплоемкости удельная, молярная Ср и Сv. Уравнение Майера.
Уде́льная теплоёмкость (Удельная теплота нагревания на один градус, обозначается как c) вещества определяется как количество тепловой энергии, необходимой для повышения температуры одного килограмма вещества на один градус.
Единицей СИ для удельной теплоёмкости является джоуль на килограмм-кельвин. Следовательно, удельную теплоёмкость можно рассматривать как теплоёмкостьединицы массы вещества. На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.
Формула расчёта удельной теплоёмкости: , где — удельная теплоёмкость, — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, — разность конечной и начальной температур вещества.
Молярная теплоемкость— величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К:
где v = m/M — количество вещества, выражающее число молей.
Единица молярной теплоемкости — джоуль на моль-кельвин (Дж/(моль•К)).
Удельная теплоемкость с связана с молярной Сm соотношением
Ст = сМ, (53.2)
где М — молярная масса вещества.
Различают теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении, если в процессе нагревания вещества его объем или давление поддерживается постоянным.
Запишем выражение первого начала термодинамики (51.2) для 1 моля газа с учетом формул (52.1) и (53.1):
CmdT = dUm + pdVm. (53.3)
Если газ нагревается при постоянном объеме, то работа внешних сил равна нулю (см. (52.1)) и сообщаемая газу извне теплота идет только на увеличение его внутренней энергии:
т. е. молярная теплоемкость газа при постоянном объеме Сv равна изменению внутренней энергии 1 моля газа при повышении его температуры на 1 К. Согласно формуле (50.1),
тогда
Cv = iR/2. (53.5)
Если газ нагревается при постоянном давлении, то выражение (53.3) можно записать в виде
Учитывая, что dUm/dT не зависит от вида процесса (внутренняя энергия идеального газа не зависит ни от р, ни от V, а определяется лишь температурой Т) и всегда равна Сv (см. (53.4)); продифференцировав уравнение Клапейрона — Менделеева pVm=RT (42.4) по T(p=const), получим
Cp = Cv + R. (53.6)
Выражение (53.6) называется уравнением Майера; оно показывает, что Ср всегда больше Сv на величину молярной газовой постоянной. Это объясняется тем, что при нагревании газа при постоянном давлении требуется еще дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа, так как постоянство давления обеспечивается увеличением объема газа.
Использовав (53.5), выражение (53.6) можно записать в виде
При рассмотрении термодинамических процессов важно знать характерное для каждого газа отношение Ср к Cv:
γ=Cp/Cv=(i+2)/i. (53.8)