III Экспериментальное определение числа Авагадро.

Метод Перрена основывается на предположении о том, что броуновские частицы (мельчайшие частицы вещества, взвешенные в жидкости) ведут себя подобно гигантским молекулам, поэтому к ним применимы выводы классической статистики, в частности распределение Больцмана. Под микроскопом рассматривается число частиц, попавших в поле зрения при разных положениях тубуса. Пусть на высоте h₁ – число частиц N₁=n₁SΔh, на высоте h₂ – N₂=n₂SΔh, где n₁ и n₂ – концентрации частиц на высотах h₁ и h₂, S – площадь поля зрения, Δh – глубина поля зрения. Соответствующие концентрации найдем из (9)

Лекция 11 Первое начало термодинамики

План лекции

1. Внутренняя энергия

2. Работа и теплопередача

3. Первое начало термодинамики

4. Теплоемкость

5. Применение первого начала к изопроцессам

6. Адиабатический процесс. Политропный процесс

I Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия U – энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц. U – однозначная функция термодинамического состояния системы, т.е. в каждом состоянии система обладает вполне определенной U и она не зависит от того, как система пришла в данное состояние. ΔU= U₂- U₁.

Для идеального газа молекулу считаем материальной точкой. Число степеней свободы – число независимых переменных (координат), полностью определяющих положение системы в пространстве (i).

Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, на каждую степень свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная kT/2. Тогда средняя кинетическая энергия молекул (1).

Т.к. для идеального газа потенциальная энергия молекул равна нулю, то U=<E>. Молекул в газе N: U=N<E>. Учитывая, что получим. Изменение внутренней энергии идеального газа:- зависит от изменения температуры. Обмен энергией между макроскопическими телами (ΔU) может протекать в двух единственно возможных формах – в форме работы и в форме теплопередачи (теплообмена).

II Работа и теплопередача.

Работа в термодинамике – процесс обмена энергией между рассматриваемой термодинамической системой и окружающими ее телами, обусловленный изменением внешних параметров состояния системы. Рассмотрим газ, находящийся под поршнем в цилиндрическом сосуде. Если газ, расширяясь, передвигает поршень на бесконечно малое расстояние dl, то производит над ним элементарную работу δА=Fdl=pSdl=pdV (4). Полную работу А, совершаемую газом при изменении его объема от V₁ до V₂, найдем интегрированием формулы (4). (5).

Полная работа, совершенная газом при расширении от объема V₁ до объема V₂, определяется площадью, ограниченной осью абсцисс, кривой р=f(V) и прямыми V₁ и V₂.

Графически можно изображать только равновесные процессы – процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний. Они протекают так, что изменение термодинамических параметров за короткий промежуток времени бесконечно мало.

Теплопередача (теплообмен) – процесс обмена энергией между системой и окружающими ее телами. Виды теплопередачи: 1) излучение (от одного тела к другому энергия передается с помощью электромагнитных волн), 2) конвекция (за счет смешивания потоков жидкости или газа, при этом переносится вещество), 3) теплопроводность (энергия передается ударами молекул).

Энергия, полученная или отданная системой в процессе теплопередачи, называется количеством теплоты Q.

1. При нагревании или охлаждении Q=cmΔT (6).

2. При испарении и конденсации Q=Lm (7).

3. При плавлении и кристаллизации Q=λm (8).

4. При горении топлива Q=qm (9).