62. Первое начало термодинамики.

Существование двух способов передачи энергии в термодинамической системе позволяет проанализировать с энергетической точки зрения равновесные процессы перехода системы из какого-либо начального состояния 1 в другое состояние 2. Изменение внутренней энергии системы ΔU_1-2=U₂-U₁ в таком процессе равно сумме работы A’_1-2, совершаемой над системой внешними силами, и теплоты Q_1-2 сообщённой системе. Работа, совершаемая над системой внешними силами численно равна и противоположна по знаку работе, совершаемой самой системой против внешних сил в том же процессе перехода.

Таким образом Q_1-2=ΔU_1-2+A_1-2. (62.1).

Уравнение (62.1) является математической записью первого закона (первого начала) термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.

63. Теплоёмкость идеального газа.

Теплоёмкость – это физическая величина, численно равная отношению количества теплоты, сообщаемого телу, к изменению температуры тела в термодинамическом процессе.

Классический статистический метод изучения тепловых свойств веществ позволил теоретически вычислить теплоёмкости газов и твёрдых тел.

Классическая теория теплоемкости газов приводит к серьезным расхождениям с опытными данными.

Молярные теплоёмкости C_V и C_P: C_V=iR/2; C_P=(i+2)R/2.

Уравнение Майера показывает, что C_P всегда больше C_V на величину молярной газовой постоянной. Это объясняется тем, что при нагревании газа при постоянном давлении требуется ещё дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа, так как постоянство давления обеспечивается увеличением объёма газа.

Удельная теплоёмкость вещества – величина, определяемая количеством теплоты, необходимым для нагревания 1кг вещества на 1К.

Формула, связывающая удельную теплоёмкость с молярной: C_m=cM, где M – молярная масса вещества.

64. Энтропия.

Помимо внутренней энергии, в термодинамике широко пользуются и другими функциями состояния термодинамической системы.

Для выяснения физического содержания этого понятия рассматривают приведённое количество теплоты – физическая величина, равная отношению количества теплоты, полученного телом в изотермическом процессе, к температуре теплоотдающего тела. Приведённое количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно малом участке процесса, равно δQ/T.

Приведённое количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю.

Подынтегральное выражение δQ/T – полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, каким система пришла в это состояние.

Энтропия – это функция состояния, полным дифференциалом которой является δQ/T.

Для обратимых процессов изменение энтропии ΔS=0, для необратимых процессов ΔS>0. Так как реальные процессы необратимы, то можно утверждать, что все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению её энтропии – принцип возрастания энтропии.

Формула Больцмана S=klnW, где k – постоянная

65. Второе и третье начало термодинамики.

Появление второго начала термодинамики – необходимость дать ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет – определяет направления развития процессов.

Используя понятия энтропии и неравенства Клазиуса, второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии в замкнутой системе при необратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Можно дать более краткую формулировку второго начала термодинамики: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает.