Основные понятия и положения термодинамики

Теплообмен – это процесс передачи энергии без совершения работы при соприкосновении веществ с различной температурой.

Количество теплоты – мера переданной при теплообмене внутренней энергии.

Q = mcT,

где m – масса вещества системы, с – удельная теплоемкость, T – изменение температуры.

Удельной теплоемкостью «с» называется количество теплоты, необходимой для изменения температуры единицы вещества на 1 градус (1⁰К):

.

Молярной теплоемкостью «С_» называется количество теплоты, необходимой для изменения температуры 1 моля вещества на 1 градус (1⁰К):

Теплоемкость при постоянном объеме (изохорический процесс) С_V:

Теплоемкость при постоянном давлении (изобарический процесс) С_Р:

Соотношение Майера:

С_р – С_V = R

Внутренняя энергия состоит из кинетической энергии хаотического (теплового) движения частиц и их взаимную потенциальную энергию.

Числом степеней свободы i тела называется число независимых координат, определяющих его положение в пространстве. Для одноатомной молекулы i = 3 (поступательного движения); для двухатомной молекулы i = 3 + 2 = 5 (три поступательного движения и две – вращательного); для трехатомной (многоатомной) молекулы i = 3 + 3 = 6 (три поступательного и три вращательного).

Внутренняя энергия одного моля газа:

Внутренняя энергия любой массы газа:

I начало термодинамики: количество теплоты δQ, переданное системе, идет на приращение ее внутренней энергии dU и на совершение системой работы δA против внешних сил:

1 кал = 4,18 Дж – механический эквивалент, 1 Дж = 0,239 кал – тепловой эквивалент работы.

Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой:

dQ = 0.

Уравнение Пуассона: TV^ = pV^ =

где - показатель адиабаты

Процесс называется обратимым, если он может быть проведен в обратном направлении через все те же промежуточные состояния, что и прямой процесс. Всякий, не удовлетворяющий этому условию процесс, является необратимым.

Коэффициентом полезного действия цикла называется отношение работы, производимой за цикл, к работе, которую можно было бы произвести при превращении в нее всего количества теплоты, подводимого к системе (рабочему телу).

, где Т₁ – температура нагревателя, Т₂ – температура холодильника

Второе начало термодинамики: невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу. Невозможно построить «вечный» двигатель второго рода.

Энтропия является функцией состояния системы:

Для обратимого процесса, изменение ее энтропии:

Для необратимого процесса всегда наблюдаются потери тепла на трение, сопротивление, поэтому:

неравенство Клаузиуса.

Второй закон термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии.

Свойства энтропии:

1. Энтропия системы, состоящей из нескольких подсистем равна сумме энтропий этих подсистем.

2. Если в изолированной системе происходят обратимые процессы, то ее энтропия остается неизменной.

3. Если в изолированной системе происходят необратимые процессы, то ее энтропия возрастает.

4. Энтропия изолированной системы не может уменьшаться ни при каких процессах

5. Т.к. реальные процессы являются необратимыми, то все процессы в конечной изолированной системе ведут к увеличению ее энтропии (принцип возрастания энтропии)

Связь между термодинамической вероятностью состояния системы и ее энтропией:

S = klnW

Энтропия пропорциональна логарифму термодинамической вероятности системы (принцип Больцмана).

Энтропия есть мера упорядоченности системы.