1 Термодинамическая система и её состояние

1.1 Основные понятия и определения

1.2 Термические параметры

1.3 Уравнение состояния идеального газа

1.4 Газовые смеси

2 Энергетические характеристики термодинамических систем

2.1 Энергия

Полная энергия макросистемы в термодинамике равна

,

где – кинетическая энергия системы;

– потенциальная энергия системы во внешних силовых полях;

– внутренняя энергия.

Величины и определяются в соответствии с законами механики. Внутренняя энергия системы есть сумма всех видов энергий движения взаимодействия частиц, составляющих систему.

Внутренняя энергия есть сумма кинетической энергии поступательного, вращательного и колебательного движений молекул, энергии внутриатомных и внутриядерных движений частиц, из которых состоят атомы и др.

Внутренняя энергия является функцией параметров состояния: температуры, давления, состава системы и однозначно определяет состояние системы, т.е. является функцией состояния.

Следовательно, не зависит от процесса изменения состояния системы, а определяется лишь значениями её в конечном и начальном состояниях, т.е.

.

Для однородной системы

.

Для сложной системы внутренняя энергия есть сумма внутренних энергий её частей

.

В состоянии равновесия отсутствие внешних силовых полей полная энергия системы совпадёт с внутренней энергией

.

2.2 Работа и теплота

Передача энергии может осуществляться двумя путями – посредством работы или теплообмена между телами. Эти способы передачи энергии не являются равноценными. Затрачиваемая работа может пойти на увеличение любого вида энергии. Теплота без предварительного преобразования в работу пойдёт только на увеличение внутренней энергии термодинамической системы.

Имея одну и ту же единицу измерения, что и энергия, теплота и работа не являются видами энергии, а представляют собой два способа передачи энергии, являясь функцией процесса.

Работу сил давления при изменении объёма системы называют деформационной работой.

Для конечного квазистатического процесса эта работа равна

,

где пределы 1 и 2 соответствуют начальному и конечному объёму газа.

Элементарное количество теплоты можно определить по следующей формуле

,

где m – масса;

с – теплоёмкость тела.

Суммарное количество теплоты и работы определяет количество энергии, переданное в процессе энергообмена от одного тела к другому.

2.3 Энтальпия

Энтальпия или тепловая функция является энергетической характеристикой термодинамической системы.

.

Энтальпия в данном состоянии есть сумма внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление p и находящуюся с телом в равновесном состоянии.

Энтальпия является функцией состояния.

В процессе изменения состояния

.

Для однородной системы

.

Для сложной системы энтальпия равна сумме энтальпий её независимых частей

.

3 Теплоёмкость

3.1 Понятие о теплоёмкости

Теплоёмкостью тела (системы тел) называется отношение количества теплоты, поглощенной телом в определённом термодинамическом процессе, к изменению его температуры

,

где – элементарное количество теплоты;

– элементарное изменение температуры.

Различают следующие удельные теплоёмкости:

- массовую теплоёмкость

;

- мольную теплоёмкость

;

- объёмную теплоёмкость

.

Истинная теплоёмкость есть функция процесса, в состоянии термодинамического равновесия теплоёмкость является функцией параметров тела (системы)

,

где x означает, что процесс идёт при фиксированном значении величины x.

Если , то

.

Если , то

.

Связь теплоёмкостей и для идеального газа устанавливается формулой Майера

.

Средние теплоёмкости определяются следующей формулой

.