3.Первое начало термодинамики

Теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил:

Q = ΔU + A

Для элементарного процесса:

Q = dU + A,

Где Q – бесконечно малое количество теплоты; dU – бесконечно малое изменение внутренней энергии системы; A – элементарная работа.

Пример применения первого начала термодинамики

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

Вопрос 23

1.Степени свободы молекул

Наименьшее число независимых координат, определяющих положение и конфигурацию молекулы в пространстве, называется числом степеней свободы молекулы

Y

X

Y

X

Y

X

0

0

0

Z

Z

Z

а

б

в

Модели молекул : а – одноатомной, б – двухатомной, в – трехатомной

Число степеней свободы для одноатомной молекулы – 3 (поступательное движение в направлении трех координатных осей), для двухатомной – 5 (три поступательных и две вращательных), для трехатомной – 6 (три поступательных и три вращательных).

2.Закон распределения энергии теплового движения по степеням свободы

Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная kT, а на каждую колебательную степень свободы – в среднем энергия, равная kT.

Средняя энергия молекулы

˂ε˃ = k T,

Где i – сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы.

3.Внутренняя энергия идеального газа

В идеальном газе взаимная потенциальная энергия молекул равна нулю (молекулы между собой не взаимодействуют), то внутренняя энергия, отнесенная к 1 моль газа, будет равна сумме кинетических энергий молекул:

= kT = RT

Внутренняя энергия для произвольной массы m газа:

U = RT = ν RT,

Где M – молярная масса; ν = – количество вещества.

Вопрос 24

1.Теплоемкость

Теплоемкость тела – физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты , полученного теплом, к соответствующему приращению его температуры :

C =

2.Удельная теплоемкость вещества – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К:

c =

Единицей удельной теплоемкости является джоуль на килограмм-кельвин [Дж/(кг · К)].

3.Молярная теплоемкость – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моль вещества на 1 К:

= ,

где ν = – количество вещества.

Единица молярной теплоемкости – джоуль на моль-кельвин [Дж/(моль · К)].

Удельная теплоемкость c связана с молярной соотношением:

= cM,

где M – молярная масса вещества.

Различают теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении, если в процессе нагревания вещества его объем или давление поддерживается постоянным.