Презентации / ФХОТ Все Презентации
.pdf
Виды изоляции систем
dQ = 0, dR = 0, dUмат = 0 – замкнутая система (полная изоляция)
dQ = 0, dR ≠ 0, dUмат ≠ 0 – адиабатическая система
(тепловая изоляция)
dQ ≠ 0, dR ≠ 0, dUмат = 0 – закрытая система
(материальная изоляция)
dQ ≠ 0, dR ≠ 0, dUмат ≠ 0 – открытая система
(отсуствие изоляции)
|
1 |
|
dS (U ) |
|
|
|
|
|
dQ dUтеп TdS |
||||
|
T |
dU |
||||
|
|
|
|
|||
dR dUмех PdV,
P – давление, V – объём системы
|
|
|
К |
|
, |
|
|
dU мат i dni |
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
dni |
– изменение состава системы |
||
Закон сохранения энергии (1-ое начало термодинамики)
К
dU TdS PdV i dni
i 1
1.3 Типы термодинамических процессов
Процесс самопроизвольного возвращения системы в равновесное состояние называется релаксацией, а величина τ – временем релаксации.
Если релаксационные процессы в системе настолько быстрые, что для временного интервала ∆t, характеризующего скорость изменения внешних условий, имеет место неравенство, τ ∆t
то возникающий при этом термодинамический процесс является медленным и называется
квазистатическим.
Любой квазистатический процесс обратим. Нарушение условия квазистатичности процесса, когда , ∆t ≤ τ приводит к его необратимости
Любой термодинамический процесс (даже протекающий неравновесно по отношению к рассматриваемому телу) с точки зрения внешней среды протекает квазистатическим образом. Внешняя среда обладает огромным запасом энергии, объемом и количеством частиц, что любые изменения:
dUтепср dQср dQ 
dUмехср dRср dR 
dUматср dUмат
вызванные ее взаимодействием с телом, являются с точки зрения среды бесконечно малыми при любых скоростях протекания процесса. Тогда можно считать, что:
T ср const |
|
Pср const |
|
iср const |
|
|
|
|
|
Тепловой контакт
Адиабатические (изэнтропийные) процессы, протекающие в условиях идеальной тепловой изоляции тела
dQ = TdS = 0 |
|
S = const |
|
|
|
Изотермические процессы, протекающие в условиях идеального теплового контакта тела с термостатом, когда тело принимает его температуру
T = T ср = const |
|
dQ = TdS ≠ 0 |
Механический контакт
Изохорные процессы, протекающие в условиях постоянства объема системы
V = const |
|
dR = PdV = 0 |
|
|
|
Изобарные процессы, протекающие в условиях постоянства давления в системе, равного давлению внешней среды
P = P ср = const |
|
dR = PdV ≠ 0 |
Тепловой эффект изохорных и изобарных процессов
Изохорные процессы
dQV
V = const, ni = const
dR = PdV = 0
dU = TdS ≡ dQV
Вся подведенная теплота идет на увеличение внутренней энергии
Изобарные процессы
P = const
Введем новую термодинамическую функцию - энтальпию
H = U+PV
К
dU TdS PdV i dni
i 1
К
dH TdS VdP i dni
i 1
Вся теплота подведенная к телу идет на увеличение энтальпии
Теплоёмкость С – количество тепла, необходимое для увеличения температуры тела на один градус.
V = const, ni = const
P = const, ni = const
C |
Q |
|
S |
|
U |
|
V |
T |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
T V |
|
T |
V |
|
|
|
|
|
|
|
CP |
QP |
|
S |
|
H |
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
T P |
|
T |
P |
Зная зависимости CV (T ) и CP (T ) можно рассчитать температурный ход
кривых U(T), H(T) и S(T)
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
T |
|
CV T |
|
|
|
|
|
V = const, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
U T U T0 |
CV T dT |
|
|
S T S T0 |
|
|
|
|
dT |
|
|
|
ni = const |
|
|
|
|
|
T |
|
||||||||
|
|
|
|
T0 |
|
|
|
T0 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
T |
CP T |
|
|
|
|||
|
P = const, |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
H T H T0 CP T dT |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
ni = const |
|
|
S T S T0 |
|
|
|
|
dT |
|
||||||
|
|
|
|
T |
|
|||||||||||
|
|
|
T0 |
|
|
T0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
U(T0), H(T0) и S(T0) - известные значения соответствующих функций при |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
температуре T0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Изохорные процессы |
|
Изобарные процессы |
|
|
|
U U к U н
Н
QV U TdS
H H к H н
К
QP H TdS
Только в этих процессах теплота процесса равна изменению функции состояния и не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы.
Тепловой закона Гесса: суммарная теплота изохорного или изобарного процесса, протекающего по двум различным путям, одинакова при условии совпадения начальных и конечных точек для этих путей.
|
|
|
|
|
нАн |
кАк |
|
H Hк Hн к HТ0 (Ак ) н HТ0 (Ан ) |
|
н |
к |
|
к |
н |