Лекция 2 Энергетические характеристики термодинамических систем

2.1. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия термодинамической системы представляет собой сумму всех видов энергии движения и взаимодействия частиц, составляющих систему.

Внутренняя энергия является функцией состояния термодинамической системы.

Это означает, что независимо от предыстории системы её энергия в данном состоянии имеет присущее этому состоянию значение, поэтому приращение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое всегда равно разности значений внутренней энергии в конечном и начальном состояниях независимо от пути перехода.

Таки образом,

. (1)

Внутренняя энергия является величиной аддитивной, т.е. внутренняя энергия системы равна сумме внутренних энергий отдельных ее частей.

В термодинамике часто используется понятие удельной внутренней энергии, т.е. внутренней энергии для массы системы равной 1кг.

(2)

где  масса системы, кг.

2.2. Работа. Теплота

В термодинамике рассматриваются два способа передачи энергии:

путем совершения работы и передачей некоторого количества теплоты.

Для передачи энергии первым способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления, т.е. передача энергии происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве. При этом количество переданной энергии называется работой  L Дж, а способ передачи энергии в форме работы.

Второй способ реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел либо лучистым переносом внутренней энергии излучающих тел путем электромагнитных волн.

При этом энергия передается от более нагретого к менее нагретому телу.

Количество энергии, переданное вторым способом от одного тела к другому, называется количеством теплоты 

Q Дж, а способ  передача энергии в форме теплоты.

Работа L и количество теплоты Q являются функциями процесса, т.е. их значение будет зависеть от пути перехода (термодинамического процесса).

Элементарная работа, совершаемая газом, определяется формулой вида

. (3)

Тогда

(4)

Таким образом, работа численно равна площади под кривой процесса на p- диаграмме (рисунок 1).

Рисунок 1. Изображение работы в виде площади под кривой процесса на p- диаграмме

Элементарное количество теплоты определяется формулой вида

(6)

Количество теплоты можно выразить через энтропию

(7)

где S  энтропия термодинамической системы.

Единицей измерения работы и количества теплоты является 1 Дж.

В термодинамике также используются удельные величины работы , Дж/кг и количества теплоты , Дж/кг, т.е. работа и количество теплоты массы системы равной 1 кг.