Лекция 4 термодинамика

1.1.Понятие числа степеней свободы

Понятие числа степеней свободы. Числом степеней свободы называется число независимых координат, определяющих положение молекулы или тела в пространстве. Молекулы в газах движутся беспорядочно, при этом они совершают поступательный и вращательный вид движения.

Максимальное число степеней свободы молекул = 6 (3 поступательных и 3 вращательных степеней свободы).

Одноатомная молекула имеет три поступательных степени свободы. При вращении одноатомной молекулы относительно ее центра, ее положение в пространстве не изменяется, значит, вращательные степени свободы у одноатомных молекул = 0.

Двухатомные молекулы имеют пять степеней свободы: 3 поступательных и 2 вращательных, вращается относительно осей одной линии связи атомов.

Трех и более атомные молекулы имеют все шесть степеней свободы.

Число степеней свободы молекулы – j.

1.2.Основные понятия термодинамики

Внутренняя энергия вещества называется суммарная кинетическая энергия всех молекул этого тела.

Внутренняя энергия определяется температурой, а так же от рода вещества.

Внутренняя энергия вещества - .

Внутренняя энергия вещества распределяется по степеням свободы равномерно.

Внутренняя энергия зависит от удельной теплоемкости вещества.

Теплоемкость – это способность вещества накапливать или принимать тепло. Удельная теплоемкость – определяется количеством теплоты, которую нужно сообщить единицы массы, чтобы увеличить его температуру на один Кельвин.

Удельная теплоемкость газов зависит от условий, при которых газ нагревается.

Газ можно нагревать при двух условиях:

1. при постоянном давлении (в этом случае, рассматривается теплоемкость газа при постоянном давлении (Ср.));

2. при постоянном объеме (удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (С_V)).

Ср больше, чем С_V на величину работы, которую совершает газ при нагревании постоянном давлении.

Физический смысл универсальной газовой постоянной. Универсальная газовая постоянная численно равна работе, совершаемой одним молем газа при нагревании его на один Кельвин.

Уравнение Майера

Получим отношения кчерез число степеней свободы:

Показатель адиабаты

Состояние газа характеризуется тремя параметрами: Т, P, V.

Термодинамический процесс – это переход системы из одного состояния в другое, в результате которого изменяются параметры P, V, T.

Термодинамика базируется на двух основных законах, называемых началами термодинамики.

1.3.Основные законы термодинамики

Первое начало термодинамики – это все количество теплоты, переданное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и совершение работы.

Изобразим PV диаграмму циклического (периодического) процесса (рис.30), при котором система, проходя ряд термодинамических состояний, возвращается в исходное состояние.

Рисунок 30.

Система не может совершать работу большую, чем переданное ей тепло.

Термодинамические процессы бывают обратимыми и необратимыми. Обратимый (идеализированный) процесс, при котором система, пройдя ряд термодинамических состояний, возвращается в исходное и при этом никаких изменений не происходит.

Все термодинамические процессы необратимы.

Адиабатический процесс – это процесс, протекающий без теплообмена между системой и окружающей средой.

Рисунок 31.

На PV- диаграммах адиабата изображается круче изотермы (рис31).

Изменение давления при адиабатическом процессе происходит не только за счет изменения объема, как это происходит при изотермическом процессе, но и за счет изменения температуры.