1. Внутренняя энергия тела и способы ее изменения. Работа газа.

Внутреннюю энергию тела составляет сумма кинетической энергии движения молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия. Для газа внутренняя энергия определяется только кинетической энергией движения его молекул. Существуют два вида воздействия на тело , которые приводят к изменению его внутренней энергии :

1. Совершение над телом работы (сжатие или расширение)

2. Сообщение телу теплоты (нагревание и т.п.)

Процесс перехода внутренней энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом. Количество энергии, переданное от тела к телу путем теплообмена, называется количеством теплоты Q ( Дж)

При изобарном расширении газ совершает работу

A=PV

Т.е. работа газа при изобарном расширении прямо пропорциональна изменению его объема.

Первый закон термодинамики - это закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов . Он формулируется и записывается следующим образом :

Количество теплоты, переданное телу , затрачивается им на изменение внутренней энергии и на совершение телом работы над внешними телами.

Q = U + A

2. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам.

Первый закон термодинамики - это закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов . Он формулируется и записывается следующим образом :

Количество теплоты, переданное телу , затрачивается им на изменение внутренней энергии и на совершение телом работы над внешними телами.

Q = U + A

Количество теплоты Q подводится из внешней среды

Изменение внутренней энергии U связано с изменением температуры

Работа A – с изменением объема.

Для изобарного процесса 1 закон термодинамики записывается и формулируется без изменений

Q =∆ U + A

Количество теплоты, переданное газу, расходуется им на изменение внутренней энергии и совершение работы.

Для изохорного процесса, происходящего при постоянном объеме , работа газа = 0

Q =∆ U

Все переданное газу количество теплоты расходуется им на изменение внутренней энергии.

Для изотермического процесса, происходящего при постоянной температуре, не изменяется внутренняя энергия.

Q = A

Все переданное газу количество теплоты, расходуется им на совершение работы.

Существует еще один процесс- адиабатный.

Адиабатный процесс - это процесс сжатия или расширения газа, происходящий без обмена теплом с внешней средой.

Q =0 или A = - ∆ U

Работа совершается газом только за счет уменьшения его внутренней энергии.

3. Процессы теплообмена

Теплообмен- это процессы при которых происходит обмен теплом между телами.

К процессам теплообмена относятся процессы :

нагревание-охлаждение, парообразование-конденсация, плавление-кристаллизация, сгорание.

Нагревание или охлаждение

При нагревании или охлаждении изменяется температура тела. При нагревании температура увеличивается, а при охлаждении – уменьшается, поэтому при нагревании телу передают тепло( Q >0), а при охлаждении тело отдает тепло (Q <0).

Количество теплоты, поглощаемое или выделяемое им, рассчитывается по формуле:

Q = сm(t₂ – t₁),

где m – масса тела, кг; (t₂ – t₁) – разность температур тела,° С (или К);

с – удельная теплоёмкость вещества, из которого состоит тело,

Удельная теплоёмкость вещества – это количество теплоты, которое нужно сообщить одному килограмму данного вещества, чтобы увеличить его температуру на 1° С (или это количество теплоты, которое выделяет один килограмм данного вещества, остывая на 1° С).

Плавление или кристаллизация

Если при нагревании тела его температура достигнет температуры плавления, то начинает происходить процесс перехода этого вещества из твердого состояния в жидкое. Температура при плавлении не изменяется.

Количество теплоты, поглощаемое телом при плавлении и выделяемое при кристаллизации, рассчитывается по формуле

Q = λm,

где m – масса тела, кг; – удельная теплота плавления,

Удельная теплота плавления показывает, сколько энергии нужно сообщить одному килограмму данного вещества, взятого при температуре плавления, чтобы полностью превратить его при этой температуре в жидкость

Удельную теплоту плавления любого вещества можно найти в справочниках. Температура плавления у каждого вещества своя. Её также можно найти в справочниках. Важно подчеркнуть, что температура плавления вещества равна температуре кристаллизации этого же вещества. У льда t_пл = 0° С.

Кипение или конденсация

При достижении жидкостью температуры кипения начинает происходить другой фазовый переход – кипение, при котором жидкость превращается в пар. Для кипения жидкости энергию к жидкости нужно подводить, при конденсации пара энергия выделяется. Количество теплоты, поглощаемое при кипении или выделяемое при конденсации, рассчитывается по формуле:

Q = rm

где m – масса тела, кг; r – удельная теплота парообразования,

Удельная теплота парообразования показывает, сколько энергии нужно сообщить одному килограмму жидкости, взятой при температуре кипения, чтобы при этой температуре полностью превратить её в

При одинаковом давлении температура кипения и температура конденсации одного и того же вещества одинаковы.

Температуры кипения и удельные теплоты парообразования также можно найти в справочниках. Для воды же они соответственно равны

Горение

Процесс не имеющий обратного. При сгорании тепло всегда выделяется, т.е. тело тепло отдает. (Q <0).

Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива, рассчитывается по формуле:

Q = qm

где m – масса тела, кг; q – удельная теплота сгорания,

Удельная теплота сгорания показывает, сколько энергии выделяется 1 кг топлива при его полном сгорании.

Уравнение теплового баланса

Для любой теплоизолированной системы тел справедливо следующее утверждение: количество теплоты, отданное одними телами, равно количеству теплоты, принимаемому другими телами.

Q_отд. = Q_получ.

Уравнение теплового баланса можно записать и в таком виде:

Q₁+ Q₂+…+ Q_n= 0,

где n – количество тел системы.

Алгебраическая сумма всех количеств теплоты (поглощенных и выделенных) в теплоизолированной системе равна нулю.