Основні формули з розділу «Молекулярна фізика та термодинаміка»
Кількість речовини:
;
,
де
N=NA
–
число структурних елементів (молекул,
атомів, іонів тощо) системи; NA
–
стала Авогадро.
Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона-Менделєєва)
,
де m – маса газу; м – молярна маса газу; R – універсальна газова стала;
T – термодинамічна температура; р – тиск.
Основні газові закони, що є окремими випадками рівняння Клапейрона-Менделєєва:
а) закон Бойля-Маріотта (ізотермічний процес: T=const, m=const), PV=const
або для двох станів газу P1V1=P2V2;
б)
закон Гей-Люссака (ізобарний процес:
P=const;
m=const)
=const,
або
для двох станів
;
в)
закон Шарля (ізохорний процес: V=const,
m=const)
=const,
або
для двох станів
.
Концентрація молекул
,
де N – число молекул, що містяться в даному об'ємі.
Формула справедлива не тільки для газів, але і для будь-якого агрегатного стану речовини.
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів:
р
=
;
;
p=nkT,
де
n
–
концентрація молекул; k
–
стала Больцмана (
);m0
–
маса однієї молекули;
<
кв>
–
середня квадратична швидкість молекули;
<Wк>
–
середня кінетична енергія поступального
руху молекули газу.
Перший закон термодинаміки:
Q = U + A,
де Q – кількість теплоти, що одержує, або віддає система;
U – зміна внутрішньої енергії системи; A – робота, здійснена системою проти зовнішніх сил.
Застосуваня першого закону термодинаміки до ізопроцесів:
а) ізобарний: Q = U + A, де А=рV;
б) ізохорний: Q = U ;
в) ізотермічний: Q = A;
г)адіабатний: A = -U.
Зміна внутрішньої енергії ідеального газу:
.
Кількість теплоти (Q) — міра внутрішньої енергії, переданої в процесі теплообміну від одного макроскопічного тіла до іншого без виконання роботи.
Рівняння
теплового балансу
описує теплообмін у замкненій системі:
,
де
-
сумарна кількість теплоти, одержана
тілом при теплообміні;
-
сумарна кількість теплоти, віддана
тілом при теплообміні.
Кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання тіла і яка виділяється при охолодженні тіла, розраховується за формулою:
,
де с – питома теплоємність речовини; m – маса тіла; ∆T – зміна температури тіла.
Питома теплоємність (с) – фізична величина, яка показує, яку кількість теплоти отримує або віддає 1 кг речовини при зміні її температури на 1 К (або 1 оС).
Кількість
теплоти,
яка поглинається під час плавлення,
або виділяється під час кристалізації
твердого тіла, визначається за формулою:
,
де L – питома теплота плавлення
Кількість теплоти, необхідна для випаровування або виділяється при конденсації, визначається за формулою:
,
де r – питома теплота пароутворення.
Кількість теплоти, яка виділяється під час згорання палива, визначається за формулою:
,
де q – питома теплота згорання палива.
Термічний ККД для кругового процесу (циклу)
,
де Q1 – кількість теплоти, отримана системою від нагрівача;
Q2 – кількість теплоти, віддана системою холодильнику;
A – робота, що здійснюється за цикл.
Термічний ККД циклу Карно
,
де T1 – температура нагрівача;
T2 – температура холодильника.