30

В. К. Михайлов

Термодинамика

Учебное пособие

Волгоград 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. НЕКОТОРЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ 4

2.1. Понятие термодинамической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2. Состояние термодинамической (ТД) системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3. Внутренняя энергия термодинамической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4. Работа системы и работа над системой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.5. Понятие температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.6. Первый закон термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 10

3.1. Понятие идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2. Закон Авогадро . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3. Уравнение состояния идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4. Парциальное давление. Закон Дальтона. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.5. Внутренняя энергия идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.6. Теплоёмкость термодинамической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.7. Теплоёмкости идеального газа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4. ИЗОПРОЦЕССЫ В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.1. Уравнения изопроцессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2. Теплоёмкости идеального газа при изопроцессах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.3. Рабата идеального газа при изопроцессах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.4. Адиабатный процесс в тропосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.5. Изотермическая модель атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 19

5.1. Формулировки второго закона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.2. Цикл Карно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.3. КПД машины Карно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.4. Теорема Карно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.5. Холодильная машина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Самой выдающейся идеей в физической картине мира за все века является идея атомарного строения вещества:

все тела состоят из мельчайших частиц − атомов, которые находятся в непрерывном движении, притягиваются друг к другу на небольших расстояниях и отталкиваются, если их слишком сблизить.

Эта идея содержит невероятно огромную информацию о мире. Она позволяет с единой точки зрения объяснять все наблюдаемые в мире явления и правильно предсказывать новые.

Ричард Фейнман

Термодинамика – это раздел физики, содержанием которого являются процессы преобразования механической энергии во внутреннюю (тепловую) и обратно. В основе термодинамики лежат несколько фундаментальных законов, установленных путём обобщения многочисленных экспериментальных фактов.

До XIX века теплоту считали особым видом жидкости (теплородом), общее количество которой неизменно. Нагревание тела объясняли перетеканием этой жидкости из одного тела в другое. В середине XIX века Джеймс Джоуль и Роберт Майер экспериментально установили, что теплота и механическая работа являются двумя формами энергообмена между телами. Они впервые сформулировали принцип сохранения энергии, называемый теперь первым законом термодинамики.