8.Внутренняя энергия идеального газа. Калорическое уравнение состояние идеального газа.

Зная явный вид функции для идеального газа можно определить явный вид зависимостей значения молярных теплоемкостей.Энергия колебательных движений системы очень велика, она обусловлена относительным смещением ядер, и тепловое движение при обычных температурах не может возбуждать колебательные степени свободы молекул системы. Тогда, т.к. энергия всех частиц системы, то внутренняя энергия для одного моля вещества идеального газа:

, учли, что , т.к. постоянная Больцмана это универсальная газовая постоянная на одну молекулу. Дж/моль·К, Дж/К.

Тогда явный вид зависимостей для молярных теплоемкостей в процессах при постоянном объеме и давлении над идеальным газом:

.

Мы видим, что достаточно знать для данной системы сорт молекул и количество степеней свободы молекулы, чтобы вычислить значения молярных теплоемкостей и внутреннюю энергию моля вещества.

9.I начало термодинамики.

Наиболее важными функциями состояния для характеристики системы являются внутренняя энергия , энтропия , энтальпия , свободная энергия .

Внутренняя энергия макросистемы складывается:

• из кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул системы,

• из потенциальной энергии колебательного движения атомов в молекулах;

• из потенциальной энергии взаимодействия между молекулами;

• из внутримолекулярной энергии (энергии электронных оболочек атомов и внутриядерной энергии).

, где суммирование идет по всем частицам системы.

Энергия поступательного движения системы как целого сюда не входит!

является внутренним параметром.

Возможны два способа изменения внутренней энергии системы:

1. Работа – способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров. Договорились работу считать положительной, если система совершает работу, отрицательной , если работа совершается над системой.

2. Количество теплоты – способ передачи энергии без изменения внешних параметров. Договорились количество теплоты считать положительным , если теплота передается системе и отрицательной , если система отдает энергию.

Отметим, что количество теплоты, а так же работа не являются характеристиками системы, это величины, которые характеризуют обмен системы с внешней средой. Это способы передачи энергии, они определяются процессом.

I начало тд обобщает закон сохранения энергии для тд процессов: количество теплоты, сообщаемое системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение системой работы.

,

- где знак - бесконечно малого приращения говорит о зависимости этого приращения от процесса.

Работа в случае отсутствия электрических и магнитных явлений сопровождается только расширением системы, которая находится под действием внешнего давления .

Элементарная работа газа при расширении .

В общем случае, работу при расширении можно найти, посчитав интеграл

Можно привести и другие формулировки I начала ТД:

Внутренняя энергия системы является однозначной функцией ее состояния и изменяется только под действием внешних воздействий.

, где - теплота, сообщенная системе;

- работа, совершенная над системой.

Следствие первого начала ТД: невозможен вечный двигатель первого рода, в котором работа, совершаемая системой больше количества теплоты, переданной системе, т.к. если , то !!!