5 Барометрична формула. Розподіл Максвела-Больцмана

Барометрична формула — формула, за якою визначають залежність тиску або густини газу від висоти. де p₀ — тиск на нульовому рівні (на рівні вибою в газових свердловинах, біля поверхні Землі або на рівні моря), Па;

p — тиск на висоті h, м над цією поверхнею, Па;

m — маса молекули (для повітря дорівнює масі молекули азоту), кг;

g — прискорення вільного падіння, м/с²;

k — стала Больцмана, Дж/К;

T — абсолютна температура повітря, К.

Ця залежність зумовлена дією поля тяжіння Землі і тепловим рухом молекул газу повітря. Припускаючи, що газ є ідеальним газом сталої температури, і вважаючи поле тяжіння Землі однорідним, отримують барометричну формулу такого вигляду:. Розподіл Максвелла-Больцмана визначає ймовірність того, що частинка ідеального газу перебуває в стані з певною енергією.Ймовірність того, що частинка перебуває в стані з енергією згідно з розподілом Больцмана визначається формулою:

6 Внутрішня енергія термодинамічної системи. Робота. Теплота.

Внутрішня енергія тіла позначається як E або U — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії. ,

де   — кількість теплоти, передана термодинамічній системі,   — робота, виконана над термодинамічною системою^[1] або:

,

де  , робота виконана термодинамічною системою.

Робота — фізична величина, яка визначає енергетичні затрати при переміщенні фізичного тіла, чи його деформації. . ,

Теплопередача є характерною теплових процесів і характеризує процес передачіі енергії від більш нагрітого до менш. Кількісною характеристикою є кількість теплоти. Теплопередача може здійснюватись 3-ма способами: теплопровідністю; конвекція; випромінювання.

где   — макроскопическая работа внешних сил над телом  . Если учесть, что

где   — работа, совершённая телом  , то по закону сохранения энергии можно придать форму первого начала термодинамики:

7 Перший початок термодинаміки

Перший початок термодинаміки, один з двох основних законів термодинаміки, є законом збереження енергії для систем, в яких істотне значення мають теплові процеси. П. н. т. було сформульовано в середині 19 ст в результаті робіт Ю. Р.Майєру, Дж. Джоуля і Г. Гельмгольца (див. Енергії збереження закон ) . Згідно П. н. т., термодинамічна система (наприклад, пара в тепловій машині) може здійснювати роботу лише за рахунок своєї внутрішньої енергії або яких-небудь зовнішніх джерел енергії. П. н. т. часто формулюють як При повідомленні термодинамічної системи деякої кількості теплоти Q в загальному випадку відбувається зміна внутрішній енергії системи D U і система здійснює роботу А:

Q = D U + A     (1)

  Рівняння (1), що виражає П. н. т., є визначенням зміни внутрішній енергії системи (D U ), оскільки Q і А — незалежно вимірювані величини.Внутрішню енергію системи U можна, зокрема, знайти, вимірюючи роботу системи у адіабатному процесі (тобто при Q = 0):А _пекло = — D U , що визначає U з точністю до деякої аддитивної постійною U ₀ :

U = U + U ₀      (2)

  П. н. т. стверджує, що U є функцією стану системи, тобто кожне стан термодинамічної системи характеризується певним значенням U, незалежно від того, яким чином система приведена в даний стан (тоді як значення Q і А залежать від процесу, що привів до зміни стану системи). При дослідженні термодинамічних властивостей фізичною систем П. н. т. зазвичай застосовується спільно з другим початком термодинаміки .неможливість існування вічного двигуна 1-го роду, який здійснював би роботу, не черпаючи енергію з якого-небудь джерела.