2 Работа газа при изменении его объема

При любых изменениях объема газа совершается работа А, при этом справедливо выражение

, (6.5)

Результат интегрирования определяется характером зависимости между давлением и объемом системы. Работа может быть как положительной, так и отрицательной:

А > 0 при совершении работы самой системой;

A < 0 при совершении работы внешними силами над системой;

Произведенную работу можно изобразить графически с помощью кривой зависимости p=f(V) в координатах p,V (рисунок 7). Работа расширения газа от объема V₁ до объема V₂ определяется площадью, ограниченной осью абсцисс, кривой p=f(V) и прямыми V₁ и V₂. (площадью заштрихованной криволинейной трапеции).

Рисунок 7 – Графическое определение работы газа

Вычислим работу газа в изопроцессах:

1. Изобарический процесс (p=const)

(6.6)

2. Изохорный процесс (V=const)

A=0

3. Изотермический процесс (T=const)

. (6.7)

При получении выражения (6.7) мы использовали уравнение Менделеева −Клапейрона в виде .

3 Первое начало термодинамики

Внутренняя энергия системы может изменяться за счет в основном двух различных процессов: совершения над системой работы A¹ и сообщения ей количества теплоты Q. Совершение над системой работы сопровождается перемещением внешних тел, воздействующих на систему. Так, например, при вдвигании поршня, закрывающего сосуд с газом, поршень, перемещаясь, совершает над газом работу A¹. По третьему закону Ньютона газ при этом совершает над поршнем работу A=–A¹. Сообщение системе тепла не связано с перемещением внешних тел и с совершением над системой макроскопической работы. В этом случае изменение внутренней энергии обусловлено тем, что отдельные молекулы более нагретого тела совершают работу над отдельными молекулами менее нагретого тела. Передача энергии при этом также происходит через излучение. Совокупность таких микроскопических процессов называется теплопередачей.

Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических процессов: теплота, переданная системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил.

Q = U+A. (6.8)

Применим первое начало термодинамики к известным нам процессам.

Изобарический процесс (p=const) : Q = U+A.

Изохорический процесс (V=const) Q =U

Изотермический процесс (T=const) Q = A

Адиабатический процесс (Q=0) A = –U

4 Второе начало термодинамики

Для описания термодинамических процессов недостаточно первого начала термодинамики, выражающего закон сохранения энергии, но не определяющего направление протекания процессов в природе. Можно представить множество процессов, не противоречащих первому началу, но никогда не происходящих в природе.

В формулировке Р. Клаузиуса содержание второго начала термодинамики выглядит следующим образом: теплота никогда не может переходить сама собой от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой.

Существуют ряд других формулировок второго начала, для понимания которых необходимы дополнительные сведения. Эти сведения будут изложены в следующей лекции. Второе начало термодинамики устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех самопроизвольных процессов. Количество энергии в замкнутых системах сохраняется, однако распределение энергии меняется необратимым образом.