Наглядные пособия

1) Табл. БЭН-1,2,3,4

Технические средства обучения

1. Ноутбук.

2. Мультимедийный проектор

3. Экран

Текст лекции

Введение

Термодинамикой называют раздел науки и техники, исследующий процессы преобразования и использования энергии. Так как понятие энергии (как и понятие массы) относится к числу наиболее общих понятий науки, законы термодинамики являются наиболее общими законами не только физики, но и науки вообще. Поэтому термодинамика, с одной стороны, имеет огромное теоретическое значение и является фундаментом научного мировоззрения, а с другой стороны, она лежит в основе почти всех отраслей техники. Так как все без исключения жизненные процессы связаны с преобразованиями энергии в живых организмах, термодинамика имеет большое значение и в биологических науках; в этом плане говорят о биологической термодинамике. Не случайно, по-видимому, что из трёх первооткрывателей важнейшего закона современной науки – первого начала термодинамики двое (Р.Майер и Г. Гельмгольц) были военными врачами. С законами и положениями термодинамики Вы встретитесь почти во всех дисциплинах, которые изучаются в нашей Академии.

1. Внутренняя энергия тел. Первое начало термодинамики.

Энергию любой системы можно разделить на две части:

1) энергия, зависящая от положения и движения системы, как целого, и

2) энергия, определяемая состоянием и взаимодействием частей системы (вплоть до атомов и молекул). Вторую часть называют внутренней энергией системы U.

Изменение внутренней энергии системы (ΔU) может происходить двумя способами. Во-первых, система может совершить работу (А) над окружающими телами; во-вторых, энергия может быть получена (или отдана) в результате столкновений молекул или испускания и поглощения излучения (в обыденной жизни чаще всего – инфракрасных лучей). В этом случае говорят о передаче тепла (Q). Положительным считается тепло, полученное телом.

По закону сохранения энергии отсюда следует: ΔU = Q – A (1)

Эта формула называется первым началом термодинамики. Она является одним из важнейших соотношений физики и техники.

При взгляде на формулу (1) можно подумать, что всю внутреннюю энергию системы можно превратить в работу (при этом Q = 0, то есть нет ни получения, ни отдачи тепла). Оказывается, что это не так. Более внимательный анализ процессов в природе и технике показал, что внутренняя энергия любой системы состоит из двух разных частей:

1. Свободная энергия G – это та часть внутренней энергии, которую в принципе можно полностью использовать для совершения работы (слова „в принципе“ означают, что хотя на практике обычно не удаётся всю свободную энергию использовать для получения работы, но в принципе это возможно).

2. Связанная энергия W_СВЯЗ, которую в данных условиях вообще нельзя превратить в работу. В большинстве случаев связанная энергия – это часть энергии теплового движения составляющих систему частиц.

Сказанное можно выразить в виде формулы: U = G + W_СВЯЗ (2)

Ясно, что на практике в большинстве случаев интерес представляет именно свободная энергия. В частности, организму для поддержания жизнедеятельности нужна свободная энергия, которую он получает почти исключительно с пищей (мы не говорим здесь о растениях, которые получают основную часть свободной энергии в виде энергии солнечного света).