4. Первое начало термодинамики. Первое начало термодинамики в процессах идеального газа.

Первое начало термодинамики заключается в следующем: теплота , подводимая к системе, равна изменению ее внутренней энергии и работе , совершаемой системой над внешними силами

. (28)

Для изотермического () процесса в идеальном газе и

.

Для изохорного () процесса в идеальном газе и . Т.к. также , то молярная теплоемкость идеального газа при постоянном объеме,

(изохорная молярная теплоемкость). (29)

Для изобарного ( процесса . Изменение внутренней энергии . Тогда . Т.к. также , то молярная теплоемкость при постоянном давлении

(изобарная молярная теплоемкость). (30)

5. Адиабатический процесс.

Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена системы с окружающей средой, т.е. процесс, при котором отводимое или подводимое тепло . В этом случае изменение внутренней энергии системы происходит за счет совершения работы ,

.

Адиабатическими являются быстро протекающие процессы, т.к. за короткое время система не успевает обменяться теплотой с окружающей средой.

Параметры состояния идеального газа при адиабатическом процессе связаны уравнением Пуассона

, (31)

- показатель (постоянная) адиабаты.

При адиабатическом процессе .

6. Энтропия.

Энтропией называется описывающая состояние термодинамической системы функция, изменение которой

. (32)

Закон возрастания энтропии: энтропия в замкнутых системах не может уменьшаться, всегда

.

Необратимые процессы в замкнутых системах протекают в сторону увеличения энтропии, . При обратимых процессах в замкнутых системах энтропия остается постоянной .

7. Второе начало термодинамики. К.П.Д. Теплового двигателя.

В тепловом двигателе теплота , полученная от теплоотдатчика, преобразуется в работу и в количестве передается теплоприемнику. К.п.д. теплового двигателя

. (33)

Второе начало термодинамики заключается в том, что совершаемая двигателем работа всегда меньше получаемой от теплоотдатчика теплоты, т.е. , . Создание двигателя с к.п.д.=100% (вечного двигателя 2-го рода) невозможно.

8. Цикл Карно.

С.Карно определил наиболее экономичный цикл работы тепловых двигателей. Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов (рисунок 2).

К.п.д. любой тепловой машины не может превышать к.п.д. цикла Карно.

К.п.д. цикла Карно (идеальной тепловой машины) определяется температурами теплоотдатчика и теплоприемника

. (34)

Рисунок 2.

РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ. УРАВНЕНИЕ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА.

При низких температурах и высоких давлениях поведение газов существенно отличается от поведения идеальных газов. Реальные газы при температурах ниже критической , в результате сжатия, переходят в жидкое состояние. Одно из уравнений, приближенно описывающих состояние реальных газов, – это уравнение Ван-дер-Ваальса

,

- поправка, учитывающая силы притяжения молекул, - поправка, учитывающая собственный объем молекул, - число молей газа, - газовая постоянная, - давление газа, - объем сосуда, занимаемого газом.

Поправки и связаны с критической температурой , критическим давлением и критическим объемом ,

= , =, = .

ЖИДКОСТИ. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ.

Сила поверхностного натяжения, препятствующая разрыву поверхности жидкости, пропорциональна длине участка контура, ограничивающего эту поверхность,

, (35)

и направлена по касательной к ней. - коэффициент поверхностного натяжения.

Добавочное давление на искривленную поверхность жидкости, обусловленное силами поверхностного натяжения, описывается формулой Лапласа

, (36)

и - радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных сечений поверхности жидкости. Если центр кривизны находится внутри жидкости, радиус кривизны положителен, вне жидкости – отрицателен. Для сферической поверхности ==,

. (37)

Работа, необходимая для увеличения поверхности жидкости на величину , численно равна приращению энергии ее поверхностного слоя

=∙.

ТВЕРДЫЕ ТЕЛА.