Внутренней энергией идеального газа – называется полная энергия всех молекул, из которых состоит идеальный газ.

Полная энергия всех молекул складывается из энергиивзаимодействия молекул (потенциальная энергия) и энергии движения (кинетическая энергия). НО для идеального газа взаимодействия молекул отсутствуют, поэтому, когда рассматривается полная энергия всех молекул, мы говорим, что полная энергия равна суммарной кинетической энергии.

Подсчитаем, чему равна внутренняя энергия идеального газа:

средняя кинетическая энергия одной молекулы.

3. Работа и теплота

Если привести в соприкосновение два тела, то в процессе взаимодействия они смогут обмениваться энергией, как в той так и в другой форме. Этот обмен различными формами энергии характеризуется понятиями совершенной работы А и переданного тепла Q.

Работа есть мера переданной другому телу или телам механической энергии. Работа сама по себе не есть какая-либо особая форма энергии. Совершая работу над телом, мы меняем его энергию.

Процесс передачи энергии от быстрых молекул к медленным без совершения работы сокращенно называется теплообменом. Мера теплообмена – теплота (Q). Теплота не является особой формой энергией. Тепло есть мера переданному телу или отданной им энергии хаотического молекулярного движения.

4. Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики называют законом сохранения энергии.

1-й закон термодинамики (первое начало).

Формулировка: Количество тепла, подведенное к системе равно изменению внутренней энергии системы и работе системы, совершенной над внешним телом.

d–полный дифференциал,неполный дифференциал (зависит от того, как протекает процесс).

Знак «+» ставится тогда, когда система сама совершает работу, знак «–» – когда над системой совершают работу.

5. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам и изобарическому процессу

Задачи: 1) рассчитать работу, 2) рассчитать внутренную энергию, 3) как будет выглядеть 1-й закон термодинамики для данного изопроцесса.

1. Изохорический

теплоемкость при постоянном объеме..

Сравнивая эти две формулы можно установить, что:

2. Изобарический

Первый закон термодинамики:

Определим работу:

Подставим в выражение (*) известные значения, получим:

Это соотношение можно выразить через изменение температуры:

Продифференцируем: , подставим и получим:

связь между теплоемкостями при Р-constиV-const– уравнение Майера.

3. Изотермический

Из уравнения Клапейрона–Менделеева: выразим Р и подставим в этот интеграл:

4. Адиабатический (адиабатный)

Процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатическим.

Выведем уравнение адиабатического процесса:

Подставим известные значения:

Разделим обе части на mиT:

Перенесем слагаемое и проинтегрируем:

Пусть, тогда

уравнение адиабатического процесса (уравнение Пуассона).

.

Работа при адиабатного процессе:

Учебные наглядные пособия:

Демонстрации:

1. Работа пара при нагревании воды в пробирке

Подготовка и проведение опыта

Собрать штатив универсальный. В муфте прямоугольной (сверху) вертикально укрепить пробирку, затем слегка наклонить ее. В пробирку налить 2-3 мл воды. Пробку смочить в воде и закрыть пробирку. В муфте прямоугольной (снизу) закрепить трехпалую лапку, в которой укрепить свечу таким образом, чтобы нижняя часть пробирки находилась в пламени свечи. Нагревать пробирку. При нагревании пробка вылетает - пар совершает работу.

2. Адиабатное расширение

Подготовка и проведение опыта

В сосуд добавить воды и спирта. Смочить пробку водой. Плотно, но не сильно, закрыть сосуд (верхняя горловина). Накачать воздух в сосуд (20-30 движений). При определенном давлении в сосуде – пробка вылетает из горловины, а в сосуде образуется “туман”.

Раздел: Молекулярная физика и термодинамика

Лекция № 10

Основы термодинамики

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

33. Обратимый и необратимый процессы.

34. Тепловые машины.

35. Цикл Карно и его КПД.

36. Второй закон термодинамики.

Краткое содержание лекционного материала

1. Обратимый и необратимый процессы

Процесс – переход системы из одного состояния в другое. Эти процессы осуществляются по-разному, поэтому они и разнообразны.

1

2

или 2 точка называется фаза (мгновенное состояние). Кривая называется фазовая траектория.

Если процесс можно провести в обратном порядке, т.е. система возвратиться в исходное состояние, и в окружающей среде не происходит никаких изменений, то процесс называется обратимым, а когда система не возвращается в исходное состояние, то процесс называютнеобратимым.

При обратимом процессе система проходит те же точки фазовой траектории, что она проходила и в прямом процессе (иначе круговом).

Пример: Рассмотрим работу поршня. Процесс поднятия поршня бесконечен. Расширение газа в цилиндре под поршнем будет обратимым, если этот процесс производить бесконечно медленно.

При круговом процессетраектория – замкнутая кривая. Круговой процесс может быть обратимым. Круговой процесс называютциклом.