Лекция 2

Лекция 2 1

Внутренняя энергия: основные понятия 2

Измерение внутренней энергии (калориметрия) 2

Закон сохранения энергии 3

Работа: основные понятия 4

Теплота: основные понятия 4

Эндотермические и экзотермические процессы 5

Разница между работой и теплотой (обоснование на молекулярном уровне) 5

Работа расширения идеального газа 6

Первый закон термодинамики 6

Работа расширения идеального газа в различных процессах 7

Работа расширения идеального газа в изобарном процессе (Р=const) 7

Работа расширения идеального газа в изотермическом процессе (T=const) 8

Энтальпия: основные понятия 10

Применение первого закона термодинамики 10

Применение первого закона термодинамики в изобарном процессе 10

Применение первого закона термодинамики в изохорном процессе 11

Энтальпия идеального газа 11

Теплоемкость 12

Теплоемкость при постоянном объеме 13

Молярная и удельная теплоемкость 13

Расчет теплоемкости при постоянном объеме C_V 13

Теплоемкость при постоянном давлении 14

Разность теплоемкостей C_V и C_P 15

Зависимость теплоемкости от температуры 16

Связь между истинной и средней теплоемкостями 16

Определение dU и dH 17

Зависимость энтальпии от температуры 17

Вопросы для самоконтроля 19

Внутренняя энергия: основные понятия

Энергия, U – это аддитивная функция состояния термодинамической системы.

Энергия изолированной системы постоянна.

В закрытой системе энергия может изменяться за счет:

• совершения работы W над окружающей средой (или средой над системой),

• обмена теплотой Q с окружающей средой.

Внутренняя энергия системы складывается из:

• кинетической энергии молекулярного движения

• потенциальной энергии молекул, составляющих систему

Обозначим ΔU – изменение внутренней энергии, если система переходит из начального состояния (U₁) в конечное состояние (U₂):

Внутренняя энергия является функцией состояния (переменной состояния). Изменение термодинамических параметров приводит к изменению внутренней энергии.

Напомним, что переменная (функция) состояния – это величина, которая зависит только от состояния системы в начальном и конечном состоянии и не зависит от пути процесса.

В термодинамике энергия процесса считается положительной, если внутренняя энергия системы увеличивается в ходе процесса.

Задачи для самостоятельного решения

Расчет изменения внутренней энергии

Электрический мотор производит 15 кДж энергии каждую секунду в виде механической работы, и 2 кДж теряется в виде теплоты в окружающую среду. Чему равно изменение внутренней энергии мотора каждую секунду?

Измерение внутренней энергии (калориметрия)

Калориметр – прибор для измерения внутренней энергии (рис. 2.1)

Общее количество внутренней энергии в виде теплоты, которое выделяется или поглощается в системе можно рассчитать: где: C – константа калориметра (величина, индивидуальная для каждого прибора) Для электрического калориметра (рис. 2.1.) Q можно рассчитать как: где: I – ток, A E – потенциал, В t – время, с	Рис. 2.1. Схема калориметра.
Примеры решения задач Вычисления в калориметрии Если пропускать ток 10 A от источника питания напряжением 12 В в течение 300 с, сколько энергии будет получено в виде тепла? Если повышение температуры равно 5.5 K, чему будет равна константа калориметра? Решение Напомним, что: 1A·В·с = 1Дж