§35. Явление теплопроводности.

Определение: Теплопроводность – явление возникающее при наличии разности температуры созданной в теле в

некотором направлении.

При явлении теплопроводности происходит направленный перенос энергии в форме теплоты. Молекулы из более нагретой области попадают в менее нагретую область, передают часть своей кинетической энергии в результате соударений молекул данной области, при этом кинетическая энергия молекул менее нагретой области возрастает, следовательно, увеличивается температура в этой области и наоборот. При одновременной теплопроводности температура газа зависит только от одной координаты (х). Перенос энергии происходит вдоль этой координаты и подчиняется законам Фурье:

Определение: Удельный тепловой поток () – физическая величина, численно равная энергии передаваемой в

форме теплоты за единицу времени, через плоскую поверхность единичной площади, расположенной

ортогонально направлению переноса энергии.

Определение: Коэффициент теплопроводности (К) – физическая величина, численно равная удельному тепловому

потоку при единичном градиенте температуры. - градиент температуры вдоль оси х.

Физический смысл знака «-» в законе Фурье: Знак минус указывает на то , что перенос энергии в форме теплоты происходит в сторону убывания температуры.

Коэффициент теплопроводности для идеальных газов (однородных): , гдеR– газовая постоянная;i– число степеней свободы молекул данного газа.

Элементарное количество теплоты переносимое за время через малую площадку площадьювычисляется по формуле:

При равномерном изменении температуры вдоль оси xэнергия, в форме теплоты переносимая газом за конечный промежуток временичерез плоскую поверхность конечной площади, вычисляется по формуле:

()

Линейную зависимость температуры от координаты можно получить поддерживая постоянными, но разными по величине температуры газа на концах узкой и длинной трубы.

Внутри трубы будет происходить перенос энергии, подчиняющийся закону ().

§36. Внутренняя энергия термодинамической системы.

Полная энергия любой системы состоит из кинетической энергии движения системы, как единого целого, потенциальной энергии во внешнем силовом поле и внутренней энергии системы.

, где- внутренняя энергия системы.

Определение:Внутренней энергией термодинамической системы называется энергия, зависящая только от

термодинамического состояния данной системы.

В состоянии покоя и отсутствием взаимодействия с внешними силовыми полями, внутренняя энергия совпадает с полной энергией системы. Внутренняя энергия включает в себя кинетическую энергию всевозможных видов движения молекул системы и потенциальную энергию их взаимодействия между собой. Внутренняя энергия многоатомного газа состоит из следующих слагаемых:

А) Суммарная кинетическая энергия поступательного и вращательного движения всех молекул этого газа;

Б) Суммарная кинетическая и потенциальная энергии колебания атомов в молекулах;

В) Суммарная потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия;

Г) Суммарная энергия электронных оболочек атомов молекул;

Д) Суммарная потенциальная энергия взаимодействия нуклонов в ядрах атомов.

В процессах, где температуры не очень высоки пункты Г) и Д) не изменяют своих значений, т. е. данный вид энергии в термодинамических процессах можно не учитывать. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния. Значение внутренней энергии в данном состоянии не зависит от того, с помощью какого процесса система пришла в это состояние, следовательно, изменение внутренней энергии при замкнутом процессе (система возвращается в исходное состояние) .

Для идеальных газов: , где с – некоторая постоянная.

Во всех процессах важно знать не само значение внутренней энергии, а её изменение, которое вычисляется по формуле: .