2

Частина 3. Основи термодинаміки Тема 1. Внутрішня (теплова) енергія і способи її зміни Термодинаміка (тд) вивчає теплові явища і процеси, не враховуючи молекулярну будову речовини.

1. Внутрішня (теплова) енергія U – це основне поняття ТД.

Внутрішня енергія як фізична величина є кількісною мірою теплового руху частинок ТДС (речовини) і зумовлена її мікростанами. Тобто U характеризує ТДС_т тіл (і їх систем) у даний момент часу і визначається швидкостями і взаємодією їхніх молекул, а отже, і сумою кінетичної енергії теплового руху частинок та потенціальної енергії їх взаємодії:

_, (1)

а . Оскільки Т і V є основними параметрами ТДС_т системи, то можна сказати, що внутрішня енергія є функцією стану ТДС.

[U] = Дж.

2. Внутрішня енергія ідеального газу

1. U одноатомного іг

Молекули одноатомного газу рухаються тільки поступально:

,

(2)

Виходячи з рівняння Менделєєва , матимемо

(3)

2. U багатоатомного іг

Молекули багатоатомних газів перебувають не лише у стані поступального руху, а й обертального, тому коефіцієнти пропорційності між U і Т інші:

• U 2-атомного газу

(4)

• U газу, молекули якого складаються з трьох і більше атомів

(5)

З формул (2) – (5) внутрішня енергія газу постійної маси залежить тільки від роду газу (М) і від температури Т.

Слід зазначити, що формули (3) і (4) для реальних газів не виконуються при високих температурах, оскільки при цьому в молекулах виникають ще коливання атомів, що веде до збільшення внутрішньої енергії газу.

Фізичний зміст має не сама внутрішня енергія ТДС, а зміна внутрішньої енергії в ході того чи іншого теплового процесу, що відбувається з даною ТДС.

2. Способи зміни внутрішньої енергії тдс

І. Тепловий – пов’язаний із зміною Т – теплопередача: ΔТ → Q.

ІІ. Механічний – пов’язаний із зміною V – виконання роботи: ΔV → А.

І. Тепловий спосіб зміни U – теплопередача (теплообмін) – процес передачі внутрішньої енергії від однієї ТДС до іншої без виконання роботи (або: обмін енергією між ТДС, які знаходяться у тепловому контакті).