Билет №37 Термодинамическое равновесие. Температура.
Термодинамическое равновесие , состояние термодинамической системы, не изменяющееся во времени и не сопровождающееся переносом через систему вещества или энергии. Если состояние системы не изменяется во времени, но есть поток вещества или энергии через систему, состояние системы наз. стационарным. Изолированная система. не обменивающаяся со средой веществом и энергией, со временем всегда приходит к термодинамическое равновесие и не может самопроизвольно из него выйти. Постепенный переход системы из неравновесного состояния, вызванного внеш. воздействием, в состояние термодинамическое равновесие называют релаксацией.
Термодинамическое равновесие включает: термическое равновесие -постоянство температуры в объеме системы, отсутствие градиентов температуры; мех. равновесие, при котором невозможны никакие макроскопического перемещения частей системы, т. е. имеется равенство давления в объеме системы; допустимы, однако, движения системы как целое поступательное движение в поле действия внешних сил и вращение.
При термодинамическом равновесии в системе прекращаются все необратимые переноса процессы (теплопроводность, диффузия. вязкое течение и т.п.). В системе не наблюдается изменение концентраций реагирующих веществ, для закрытой системы характерно равновесное распределение компонентов между составляющими систему фазами. Параметры состояния. определяющие термодинамическое равновесие, строго говоря, не являются постоянными, а флуктуируют около некоторых статистических средних значений; обычно эти флуктуации пренебрежимо малы.
Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура всех частей системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между её частями, имеющими различную температуру, происходит теплопередача (переход энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым), приводящая к выравниванию температур в системе.
Билет №38
Работа в термодинамике.
Работа в термодинамике
В термодинамике движение тела как целого не рассматривается и речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. При совершении работы меняется объем тела, а его скорость остается раной нулю. Но скорости молекул тела меняются! Поэтому меняется температура тела. Причина в том, что при столкновении с движущимся поршнем (сжатие газа) кинетическая энергия молекул изменяется - поршень отдает часть своей механической энергии. При столкновении с удаляющимся поршнем (расширение) скорости молекул уменьшаются, газ охлаждается. При совершении работы в термодинамике меняется состояние макроскопических тел: их объем и температура. |
|
А - работа внешних сил по сжатию газа.
А' - работа газа по расширению. = - - по 3-ему закону Ньютона. Следовательно: А= - А' = pS, где p- давление, S - площадь поршня. Если газ расширяется: Dh=h2 - h1 - перемещение поршня. V1=Sh1; V2=Sh2. |
|
Тогда: A'=F'Dh=pS(h2 - h1)=p(Sh2 - Sh1)=p(V2-V1)=pDV
|
|
При расширении работа газа положительна. При сжатии - отрицательна. Таким образом: A' = pDV - работа газа
A= - pDV - работа внешних сил |
|
Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, получим:
|
|
Эти выражения справедливы при очень малых (!) изменениях объема или при постоянном давлении (т.е. в изобарном процессе) |
|
Физический смысл универсальной газовой постоянной.
моля идеального газа при изобарном нагревании на 1 К. |
|
Геометрическое истолкование работы. |
|
В изобарном процессе площадь под графиком в координатах p,V численно равна работе (вспомните - перемещение на графике скорости!).
|
|
В общем случае надо процесс разбить на малые части и сосчитать элементарные работы, а затем их сложить (процесс интегрирования):
Например, в
изотермическом процессе
|
|
В изохорном процессе объем не меняется, следовательно, в изохорном процессе работа не совершается! В
адиабатном процессе
|
|
-
сила, действующая на газ со стороны
поршня.
-
сила, действующая на поршень со стороны
газа.
-
универсальная газовая постоянная
численно равна работе 1
.
.