Вопросы для самоконтроля

1. Что называется числом степеней свободы?

2. Что называется внутренней энергии тела?

3. От чего зависит удельная теплоемкость газов?

4. В чем заключается физический смысл универсальной газовой постоянной?

5. Записать уравнение Майера.

6. Какой процесс называется термодинамическим?

7. Сформулировать первое начало термодинамики.

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. – СПБ. : Издательство «Лань», 2002.- 608 с - / Учебники для вузов. Специальная литература. Формирование научных понятий в условиях глобализации образования (монография). Монография. Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2004. 232 с.

2. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

Дополнительная

1. Термодинамика. Учебное пособие / И.П. Чернов, В.В. Ларионов, Ю.И. Порин. – М.: «Высш. школа». - 2007. – 405 с.

2. Пронин В.П. Практикум по физике : уч. пособия / В.П. Пронин.- 2-е изд. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

Лекция 8 работа при термодинамических процессах

1.1.Работа при термодинамических процессах.

При термодинамических процессах совершается работа. Получим выражение для этой работы.

Рассмотрим переход системы из первого состояния во второе. На бесконечно малом участке совершается работа, равная:

рис.32

- полная работа, совершаемая при переходе системы из первого состояния во второе.

Полная работа, совершаемая при переходе системы из первого состояния во второе, графически равна площади, ограниченной кривой 1,2, ординатами ии осью (рис.32).

Работа, совершаемая при термодинамических процессах зависит от характера процесса.

Рассмотрим работу при изотермическом, изобарическом, адиабатическом процессе.

Работа при изотермическом процессе.

Из уравнения Менделеева- Клапейрона имеем:

- работа при изотермическом процессе

Работа при изобарическом процессе.

- работа при изобарическом процессе

Работа при адиабатическом процессе.

- изменение внутренней энергии

Работа при адиабатическом процессе происходит за счет изменения внутренней энергии системы.

Т.к., при адиабатическом процессе не происходит теплообмена между системой и окружающей средой , значит работа при адиабатическом процессе совершается за счет изменения внутренней энергии системы:.

Таким образом работа при адиабатическом процессе равна:

Для описания адиабатического процесса используется уравнение Пуассона:

(1) из уравнения Менделеева Клапейрона

(избавимся от ln)

Пуассона.

При адиабатическом расширении температура газа уменьшается, при адиабатическом сжатии температура увеличивается.

1.2.Тепловая машина. Цикл Карно

Машиной называется периодический действующий механизм, который, пройдя ряд термодинамических состояний, возвращается в исходное состояние и этот процесс повторяется.

Рассмотрим устройство и работу тепловой машины, изобретенной французским физиком Карно.

С помощью своей тепловой машины Карно провел важнейший опыт, который лег в основу второго начала термодинамики. Для проведения своего опыта Карно использовал цилиндрический сосуд с нетеплопроводными стенками и с теплопроводным дном, заключив в этот сосуд один моль газа. Внутри стенок сосуда перемещался поршень, который давал газу возможность изменять свой объем . В процессе проведения опыта в системе, изобретенной Карно, протекало 4 процесса: изотермическое расширение, адиабатическое расширение, изотермическое сжатие, адиабатическое сжатие. Графики этих процессов представлены на рис. 33.

Рассмотрим работу идеальной тепловой машины, в качестве рабочего тела в которой используется один моль идеального газа (рис.33)

1. Газ в сжатом состоянии. Поршень в положении . Обеспечивается изотермическое расширение. Дно соприкасается с нагревателем.

2. Газ расширяется до состояния (P₂V₂T₁), а затем, адиабатически, до состояния(P₃V₃T₂). Совершая работу газ охладится, поэтому Т₂<Т₁

3 .Для завершения цикла газ возвращается в исходное состояние за счет внешних сил – изотермически до состояния .

3. Далее, адиабатически возвращается в состояние j.

В результате цикла, газ, получив количество теплоты Q₁от нагревателя, и, передав часть теплаQ₂холодильнику, совершил внешнюю работу.

Возникает вопрос – возможен ли переход системы в первоначальное состояние без участия холодильника. Очевидно, что нет. Проведенный Карно опыт лег в основу второго начала термодинамики.

рис.33

Второе начало термодинамики-невозможен такой периодический действительный механизм, который бы все переданное ему тепло переводил бы в работу. Часть тепла должна быть отдана холодильнику.

Тепловая машина состоит из нагревателя, холодильника и рабочего тела (рис.34)

рис.34

КПД тепловой машины.

Энтропия - математическая абстракция вводимая, как мера беспорядка в системе и для описания термодинамических процессов.

Энтропия