Термодинамика 23

Термодинамика

1. Внутренняя энергия. 2

10. Тепловые двигатели. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. 17

11. Второе начало термодинамики. 18

12. Реальный газ. 18

13. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ. 19

14. Внутренняя энергия реального газа. 22

2. Первое начало термодинамики. 2

3. Работа газа при изменении его объёма. 3

4. Теплоёмкость идеального газа. Уравнение Майера. 4

5. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. 6

6. Работа, теплота и внутренняя энергия при изопроцессах и адиабатическом процессе. 8

7. Макро и микросостояния. 10

8. Энтропия. 12

9. Круговые процессы. 16

1. Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия – это кинетическая энергия хаотического движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия.

Во внутреннюю энергию не входят кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия частиц во внешних полях.

Если рассматривать идеальный газ, где нет взаимодействия между частицами (т.е. нет притяжения и отталкивания), то во внутреннюю энергию входит только кинетическая энергия теплового хаотического движения.

( - число степеней свободы)

Внутренняя энергия является функцией состояния. Это означает, что внутренняя энергия определяется только параметрами данного состояния. При переходе из первого состояния во второе: , и не зависит от способа перехода из первого состояния во второе.

Е сли процесс совершается по кругу, т.е. система переходит в начальное состояние, то .

Если , то является полным дифференциалом.

2. Первое начало термодинамики.

Внутренняя энергия может изменятся в основном за счёт двух процессов: за счёт работы, совершаемой над системой, и за счёт сообщения системе некоторого количества теплоты.

Например, работа изменяется при движении поршня, когда внешние силы совершают работу над газом, при этом увеличивается его температура, т.е. увеличивается и внутренняя энергия.

Или, например, за счёт сообщения количества теплоты, можно увеличить внутреннюю энергию. Изменение внутренней энергии при этом обусловлено тем, что при столкновениях молекул более нагретого тела с молекулами менее нагретого, первые передают последним часть своей энергии. В результате увеличивается кинетическая энергия, а значит и температура.

Изменение внутренней энергии может происходить также за счёт излучения.

Совокупность микропроцессов, которые приводят к передаче энергии от одного тела к другому, называется теплопередачей. Количество энергии, переданное от одного тела к другому в результате теплопередачи, называется количеством теплоты .

Опыт показывает, что изменение внутренней энергии, независимо от способа перехода из одного состояния в другое, обусловлено количеством теплоты, сообщенным системе, и работой, совершённой над системой внешними силами.

Количество теплоты считается положительным, если оно сообщается системе, и отрицательным, если отнимается.

Работа считается положительной, если она совершается над внешними силами (газ расширяется), и отрицательной, если она совершается внешними силами над системой.

Количество теплоты, сообщённое системе идёт на изменение её внутренней энергии и на работу против внешних сил.

означает, что является полным дифференциалом ( ).

означает, что и не являются полными дифференциалами.

Первое начало термодинамики:

Если совершается круговой процесс, то , и тогда . Это показывает, что вечный двигатель первого рода (т.е. периодически действующий двигатель) не может существовать, поскольку работа никогда не может быть больше количества теплоты, сообщённого системе.