41 Полная внутренняя энергия системы. Работа и теплота.

Одно из основных понятий термодинамики-энергия.Обмен энергией между системой и внешней средой может происходить двумя способами.

Первый-совершение системой работы.

Например, система представляет собой идеальный газ в сосуде с подвижным поршнем, на который действует сила F=PS , где Р- давление, S-площадь поршня.Род действием силы поршень переместился на бесконечно малое расстояние dx, при этом совершается элементарная работа

где dV=Sdx – приращение объема газа

Если dV>0 газ расширяется и совершает положительную работу ∂А>0.При dV<0 поршень совершает работу по сжатию газа и работа считается отрицательной ∂А <0.

Графически изображение работы в изобарном процессе Р=const дано на рисунке. Для произвольной зависимости P(V) работа при изменении объема от V1 до V2 определяется интегралом

который численно равен площади фигуры, ограниченной сверху кривой P(V), а снизу – осью V.

Таким образом газ может отдавать или получать энергию путем совершения работы

Второй способ- теплообмен.

Теплообмен- изменении энергии движения отдельных молекул, т е микроскопических параметров. Теплообмен может происходить не только путем теплопроводности, но и конвекцией, а также без участия промежуточной среды – путем испускания и поглощения электромагнитного излучения .Элементарное приращение теплоты считается положительным ∂Q>0, если оно передается телу (системе), и отрицательным ∂Q<0, если тело отдает теплоту.

Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном тепловом, хаотическом движении.

Даже если тело в целом неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно, тем не менее обладает энергией, связанной с внутренним движением составляющих его атомов и молекул и с их взаимодействуют

Внутренняя энергия рассматривается в термодинамике как особая форма энергии, способная к превращениям в другие формы, например в механическую- кинетич. или потенц. энергии. Внутренняя энергия – однозначная функция состояния системы.Когда системы оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия U принимает соответствующее этому состоянию значение независимо от т ого, из какого другого состояния и каким способом система перешла в данное состояние.

Это характерное для данного состояния значение внутренней энергии зависит только от внешних параметров и от температуры. Изменение внутренней энергии системы в результате некоторого процесса равно U=U2-U1. Для циклического процесса U=0.

С ростом температуры внутренняя энергия тоже увеличивается.

Работа и теплота – это физические величины, характеризующие процессы, в которых изменяется внутренняя энергия термодинамической системы, в то время как внутренняя энергия характеризует ее состояние.

Полная энергия любой системы складывается из кинетической, потенциальной и внутренней энергии системы.

W=Wкин+Wпот+U

Внутренняя энергия системы – собственная энергия отдельных частей системы и не зависит от движения системы как целого

N

U=∑U

i=1

Джоуль

А=QI

I-механический эквивалент теплоты

I=4,187 Дж/кал

калория- единица теплоты, работа или энергия, сообщаемая организму