Явления переноса

1. Диффузия – процесс взаимного проникновения газов при их соприкосновении, при этом происходит перенос определенной массы вещества

– закон Фика, D – коэффициент диффузии, - градиент плотности, S – площадь, t – время, m – переносимая масса.

2. Вязкость (внутреннее трение) – процесс переноса импульса между слоями, движущимися с различными скоростями, при этом между слоями возникает сила трения.

– Закон Ньютона, – коэффициент вязкости, – градиент скорости, S – площадь соприкасающихся слоев, F – сила внутреннего трения.

3. Теплопроводность – процесс передачи теплоты в случае неравномерной нагретости тела

– Закон Фурье, k – коэффициент теплопроводности, – градиент температуры

4. Средняя длина свободного пробега молекул – среднее расстояние, пробегаемое молекулой между двумя последовательными соударениями

, - диаметр молекулы, n – концентрация

5. , , , где V – средняя арифметическая скорость молекул, ρ - плотность, C_v – удельная теплоемкость при постоянном объеме.

- № 233

Термодинамика

1. Внутренняя энергия U – сумма кинетических энергий движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия (для идеального газа только E_кин).

Для идеального газа , где i=3, 5, 6, изменение внутренней энергии зависит только от конечного и начального состояний газа, другими словами U есть функция состояния.

При изотермическом процессе ( =Const) U=0.

2. Работа расширения газа при изменении объема на dV равна , где p - давление

Полная работа

Работа является функцией процесса, т.к. она зависит от того каким образом изменяется объем,

а) при V=Const (изохорный) _v=0, т.к. dV =0

б) при =Const (изобарный) _р=p V =p(V ₂- V ₁)

в) при =Const (изотермический)

Работа может быть определена графически на диаграмме V

Работа равна численно площади заштрихованной фигуры

3. Количество теплоты, необходимое для нагревания вещества от температуры Т₁ до Т₂

или , где С – молярная теплоемкость.

Количество теплоты также является функцией процесса, т.к. оно зависит от того каким образом изменяется температура.

а) при V=Const, , i=3, 5, 6

б) при =Const, , i=3, 5, 6

в) при =Const, , т.к. d =0

- № 79, 98, 177, 464

4. I Закон термодинамики (т/д): теплота подводимая к системе идет на изменение внутренней энергии U и на совершение работы :

или

Правило знаков:

а) если система получает теплоту, то Q>0, если отдает, то Q<0;

б) если внутренняя энергия увеличивается, то U >0, если уменьшается, то U <0;

в) если газ расширяется, то >0, если сжимается, то <0 (работа совершается не газом, а посторонними силами).

5. Применение I Закона термодинамики к изопроцессам:

а) V=Const =0

б) =Const U=0

в) =Const: , при этом , поэтому

- № 39, 62, 210, 300, 340, 394, 412

6. Адиабатный процесс – процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q=0)

или

Уравнение Пуассона или , где – показатель адиабаты.

Теплоемкость адиабатного процесса (т.к )

Работа адиабатного процесса , i=3, 5, 6

- № 122, 200, 446

7. Формулировки II Закона термодинамики:

а) теплота не может самопроизвольно передаваться от менее нагретого тела к более нагретому;

б) невозможно построить периодически действующую машину, которая бы совершала работу за счет теплоты, отнятой у наиболее холодного из имеющихся в системе тел («вечный» двигатель II рода).

8. Цикл Карно – цикл, состоящий из чередующихся 2-х изотермических и 2-х адиабатических процессов.

К.п.д. цикла Карно

, где Q₁ и Q₂ - соответственно теплота, полученная от нагревания и отданная холодильнику, А – работа, производимая за цикл, ₁ и ₂ – соответственно температура нагревателя и холодильника.

Цикл Карно является идеальным. При заданных и цикл Карно обладает max к.п.д.

- № 11, 40, 41, 124, 133, 139, 238, 257, 282, 305, 306

9. Пусть система перешла из одного состояния в другое получив количества тепла dQ при температуре , тогда – изменение энтропии или , S – энтропия.

Энтропия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния, т.е. ее изменение не зависит от того каким путем система перешла из начального состояния в конечное. С учетом I Закона термодинамики

При изотермическом процессе ( =Const) , а при адиабатическом процессе (Q=0) , т.е. энтропия при адиабатическом процессе не изменяется (S=Const).

На диаграмме S цикл Карно выглядит так:

1 2, 3 4 – изотермы

2 3, 4 1 – адиабаты

При обратимом цикле S=0 (энтропия не изменяется), при необратимом S>0 (энтропия увеличивается). Все реальные процессы являются необратимыми, поэтому все реальные процессы приводят к увеличению энтропии.

В равновесном состоянии (все параметры во всех точках одинаковы) энтропия максимальна.

- № 86, 299, 423

10. III Закон термодинамики: абсолютный нуль температуры недостижим (т.е. охлаждая систему невозможно достичь температуры = ⁰ ).