10. Термодинамические процессы

термодинамический процесс — изменение макроскопического состояния термодинамической системы.Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом.Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные. Равновесным называется процесс, при котором все состояния, через которые проходит система, являются равновесными состояниями.Тепловые процессы можно разделить на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который можно провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния.Можно выделить несколько простых, но широко распространённых на практике, тепловых процессов:

Адиабатный процесс — без теплообмена с окр. средой;

Изохорный процесс — происходящий при постоянном объёме;

Изобарный процесс — происходящий при постоянном давлении;

Изотермический процесс — происходящий при постоянной температуре;

Изоэнтропийный процесс — происходящий при постоянной энтропии;

Изоэнтальпийный процесс — происходящий при постоянной энтальпии;

Политропный процесс — происходящий при постоянной теплоёмкости; 13. Сущность постулатов и основных законов ТД

постулат о существовании термодинамического равновесия— утверждает, что макроскопическая система, находящаяся в неизменных внешних условиях, всегда приходит самопроизвольно в состояние термодинамического равновесия, которое характеризуется тем, что:

1.прекращаются всякие макроскопические изменения в системе; каждый параметр, характеризующий макроскопическое свойство системы, имеет постоянное во времени значение;

2.система, перешедшая в состояние термодинамического равновесия, сколь угодно долго остаётся в этом состоянии; для нарушения равновесия необходимы внешние воздействия.

0 закон ТД (Принцип термического равновесия) (первый постулат): если две системы, обозначенные как А и В, находятся порознь в термическом равновесии с третьей системой С, то они находятся в термическом равновесии друг с другом.

второй постулат термодинамики: все равновесные внутренние параметры являются функциями внешних параметров и температуры.

Третий постулат (исходном положении) термодинамики: при заданных внешних параметрах энергия системы является монотонной функцией температуры.

1 закон ТД: Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.

Первое начало термодинамики:

при изобарном процессе

при изохорном процессе

при изотермическом процессе

Здесь m — масса газа, M— молярная масса газа, Cv— молярная теплоёмкость припостоянном объёме, p, V, T — давление, объём и температура газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.

2 закон ТД: Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему.

3 закон ТД: Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система. где х— любой термодинамический параметр.

14. Сущность, формулировки и общее аналитическое выражение первого закона термодинамики

1.Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами. ΔU = Q – A.

2.Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

3. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно, Q = ΔU = U (T2) – U (T1).

Здесь U (T1) и U (T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0). В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением A = p (V2 – V1) = p ΔV.

Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = ΔU + p ΔV.

При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением Q = A.

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

Адиабатический процесс

Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид A = –ΔU, т. е. газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.