75. Внутренняя энергия системы - функция состояния. Макроскопическая работа. Теплота. Эквивалентность теплоты и работы. Первое начало термодинамики.

Энергия системы:

E_k - Кинетическая энергия поступательного движения системы как целого,

E_p -потенциальная энергия системы во внешнем поле.

U-внутренняя энергия системы.

Внутренняя энергия

-атомов и молекул

-ядер и электронов

-энергия движения и взаимодействия всех частиц, составляющих систему.

При обычных процессах структура молекул и атомов не меняется, следовательно, U₂ (ядер и электронов)=const, и рассматривают U₁(атомов и молекул). При взаимодействии термодинамической системы с внешней средой её внутренняя энергия изменяется.

При этом возможны два способа передачи энергии:

1.процесс совершения работы,

2. теплопередача (теплопроводность, конвекция, излучения)

Макроскопическая (термодинамическая) работа.

Принято считать, что если система совершает работу против действия внешних сил, то эта работа положительная. Если внешние силы совершают работу над системой, то работа отрицательная.

Макроскопическая работа

-это мера изменения внутренней энергии системы в процессе совершения работы. Работа является функцией процесса но не является функцией состояния.

A=площади «под кривой»

Аналитическая формулировка 1 начало термодинамики

1 начало термодинамики- закон сохранения энергии для тепловых процессов

тепло, подводимое к системе, расходуется на увеличение её внутренней энергии и совершение работы против действия внешних сил.

1 н. т/д- частный случай всеобщего(фундаментального) закона сохранения энергии:

полная энергия замкнутой системы может изменяться только качественно оставаясь неизменной.

77.Изохорный процесс. (V=const)

Диаграмма этого процесса (изохора) в координатах p,V изобр-ся прямой, параллельной оси ординат

δQ=dU δA=pdV=>δA=0

Удельная теплоемкость равна кол-ву теплоты, которое небход. Затратить для нагрев. 1кг вещ-ва на 1К.

С=δQ/mdT [Дж/кг*К]

Молярная теплоемкость при V=const

Сv=δQ/νdT Cv=δQ/νdT=(ν=1; δQ=dU)=dU/dT

U=i/2kT*Na=i/2RT

Cv=i/2R-не зависит от Т, опр-ся только числом степеней свободы i

78. Изобарный процесс (p=const)

Диаграмма этого процесса в координатах p,V изобр-ся прямой параллельной оси V. При изобарном процессе работа газа при увеличении объема от V₁ до V₂ равна

79.Изотермический процесс (T=const)

Описывается законом Бойля-Мариотта

Диаграмма этого процесса (изотерма) в координатах p,V представляет собой гиперболу, расположенную на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс.

Следовательно, для того чтобы при расширении газа температура на понижалась, к газу в течение изотермич. процесса необходимо подводить кол-во теплоты, эквивалентное внешней работе расширения.

81.Неполноценность I начала термодинамики. Различные формулировки второго начала. Круговые процессы. Тепловые машины.

I начало терм-ки не указывает направление протекания процесса , поэтому его недостаточно для описания темодинамич. процессов.

Феноменологич. формулировка II начала терм-ки: вечный двигатель II рода невозможен.

Вечный двигатель II рода - периодически действующий двигатель, совершающий работу только за счёт охлаждения источника тепла.

Его КПД = 1, т.е. это двигатель, работающий только за счёт получения тепла из вне.

Различные формулировки 2 начала терм-ки:

Клаузиус: невозможен самопроизвольный переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому телу.

Томсон: не возможен круг

Кельвин: невозможны процессы, единственным результатом которых было бы превращение тепла целиком в работу. Другими словами – невозможен тепловой двигатель второго рода с КПД=1.

Круговой процесс – это процесс при котором система проходя через ряд состояний возвращается в исходное. Круговые процессы делятся на прямые(проходят по часовой стрелки работа за цикл больше 0;_1а2-А_2б1) и обратные(процесс проходит против часовой, работа за цикл меньше 0) А=А_2в1-А_1а2. В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и следовательно полное изменение внутренней энергии газа равно 0, поэтому первое начало термодинамики для кругового процесса Q=A. Прямой цикл используется в тепловых двигателях, обратный цикл в холодильных машинах.