Лекция 12 Первый закон термодинамики.

1. Термодинамические системы (тдс).

Термодинамика – наука о свойствах и взаимопревращениях энергии. В основе этой науки лежат два закона: Первый законпредставляет закон сохранения энергии в приложении к процессам взаимного превращения теплоты и работы.Второй законхарактеризует направление процессов, происходящих в термодинамических системах.

Под термодинамической системой (ТДС) понимается совокупность макроскопических объектов, обменивающихся энергией в форме работы или тепла друг с другом и с внешней средой.

В ТДС входят (рис.1): источник тепла А, могущий получать или отдавать энергию в виде тепла; рабочее тело Б, преобразующее тепло в работу или наоборот; тело Г, могущее отдавать или аккумулировать работу. Рабочее тело совершает преобразование тепла в работу или обратно. Рабочее тело – движущаяся материальная среда (жидкая или газообразная) играет роль посредника в процессах взаимопревращения тепла и работы.

Рис 1.

В качестве рабочего тела используется воздух, или газ, или продукты сгорания топлив. Для простоты в технической термодинамике в качестве рабочего тела применяется идеальный газ.

Важным свойством идеального газа является отсутствие вязкости, а его термодинамические свойства зависят только от строения молекул. Идеальные газы подразделяются на одноатомные, двух-, трех- и многоатомные.

Состояние идеального газа характеризуется давлением , удельным объемоми температурой. Давление измеряется барометрами (в области атмосферного давления), манометрами (высокое давление), вакуумметрами (низкое давление). Абсолютное давление равно,. Оно и используется при термодинамических расчетах.

Удельный объем – объем единицы массы вещества

м³/кг.

Величина, обратная удельному объему называется плотностью

кг/м³.

Температура характеризует степень нагретости тела, это мера интенсивности теплового движения молекул.

2. Внутренняя энергия систем.

Внутренняя энергия системы – это энергия хаотического (теплового) движения частиц системы и энергия взаимодействия частиц. Из определения следует, что к внутренней энергии не относится кинетическая энергия системы как целого (например, движение газа с сосудом) и потенциальная энергия во внешних полях.

Внутренняя энергия является функцией состояния системы. Это означает, что значение энергии не зависит от процессов по которым система пришла в это состояние. Изменение внутренней энергии всегда равно разности значений энергий в этих состояниях.

Для определения численного значения внутренней энергии вводится понятие числа степеней свободы.

Положение точки в пространстве характеризуется тремя числами. Это и есть число независимых степеней свободы для одноатомного газа.

Число независимых координат, полностью определяющих положение системы в пространстве, называется числом степеней свободы.

Молекулу одноатомного газа можно рассматривать как точку. Она имеет три поступательных степени свободы (по x,yиzнаправлениям). Молекула двухатомного газа имеет 5 степеней свободы (2 вращения, 3 поступательных), молекула трехатомного газа имеет 6 степеней свободы (3 вращения и 3 поступательных).

Средняя внутренняя энергия, приходящаяся на одну молекулу равна

,

- число степеней свободы.

Внутренняя энергия моля равна

.