- •Заняття 9.
- •Тема 3. Основи термодинаміки Внутрішня енергія. Робота газу
- •Теоретичні відомості
- •Внутрішня енергія та робота ідеального газу. Перший закон термодинаміки. Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу.
- •Робота в механіці та тд.
- •Зміни внутрішньої енергії при виконанні роботи.
- •Розрахунок роботи газу.
- •Приклади рішення задач
- •Контрольні питання
- •Якісні задачі.
- •Задачі для закріплення матеріалу.
Заняття 9.
Тема 3. Основи термодинаміки Внутрішня енергія. Робота газу
Мета: ознайомити з основами термодинаміки, розглянути роботу в механіці і термодинаміці, ознайомитися з поняттям внутрішньої енергії, та розглянути перший закон термодинаміки для різних процесів.
Внутрішня енергія макроскопічний тіл і ідеального одноатомного газу.
Внутрішня енергія реальних газів.
Робота в механіці і термодинаміці.
Зміна внутрішньої енергії при здійсненні роботи.
Ключові слова: внутрішня енергія, робота в механіці і термодинаміці, робота газу
Теоретичні відомості
Внутрішня енергія макроскопічних тіл і ідеального одноатомного газу
У середині ХІХ століття було доведено, що разом з механічною енергією макроскопічні тіла володіють ще енергією, укладеною усередині самих тел. Ця внутрішня енергія входить в баланс енергетичних перетворень в природі.
У 1841 г вчений лікар-природодослідник Р. Майєр, вивчаючи різницю в кольорі венозної крові людей і виходячи з принципу «ніщо не походить з нічого, і ніщо не перетворюється на нічого, і що причина рівна дії» виказав основну ідею збереження і перетворення енергії. Він розглядав життєдіяльність людей і сонячне світло, явище фотосинтезу, джерело механічних і теплових ефектів в живому організмі як прояв хімічних процесів і т.д.
Коли шайба, що ковзається по льоду, зупиняється під дією сили тертя, то її механічна (кінетична) енергія не просто зникає, а передається тілам, унаслідок чого безладний рух молекул зростає. Тіла нагріваються, що і означає збільшення їх внутрішньої енергії.
Внутрішня енергія макроскопічного тіла рівна сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів) тіла щодо центру маси тіла і потенційних енергій взаємодії всіх молекул один з одним (але не з молекулами інших тіл).
Внутрішня енергія та робота ідеального газу. Перший закон термодинаміки. Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу.
Одноатомними є інертні гази – гелій, неон, аргон та інші.
Так як молекули ідеального газу не взаємодіють одна з одною, то їх потенційна енергія дорівнює нулю. Вся внутрішня енергія ідеального газу являє собою кінетичну енергію не підпорядкованого руху його молекул.
Середня кінетична енергія поступального руху молекул:
Кількість атомів в речовині масою m:
Внутрішня енергія
або
1) внутрішня енергія пропорційна температурі ; зміна внутрішньої енергії;
2) при збільшенні маси внутрішня енергія зростає ;;
3) внутрішня енергія обернено пропорційна молярній масі ; при.
При теплообміні кількість теплоти
реальн.газу=.
Якщо не ідеальний газ, а газ, що має складні молекули, то , але коефіцієнт пропорціональності більш складний, тому що молекули не тільки рухаються, але й обертаються. У реальних газів потенційна енергія взаємодії молекул,<<, але для твердих тіл та рідини. Для реальних газів потенційна енергія взаємодії молекул визначається об’ємом, =>визначається параметрами стану Т и V.
Існує два способи зміни внутрішньої енергії: виконання роботи та теплопередача.
Робота в механіці та тд.
В механіці робота виконується при дії сили на тіло, що рухається, і дорівнює зміні його кінетичної енергії.
Робота в ТД визначається так як і в механіці, але дорівнює зміні не кінетичної енергії тіла, а зміні його внутрішній енергії.