- •Основы
- •Общие определения
- •Общие определения
- •Общие определения
- •Закон Авогадро
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Смесь газов
- •Первый закон термодинамики
- •Работа по преодолению внешних сил
- •Молекулы газа обладают кинетической энергией хаотического движения и потенциальной энергией взаимодействия. Сумма этих
- •Первый закон термодинамики
- •Теплоемкость газов
- •Теплоемкость газов
- •Теплоемкость газов
- •Основные термодинамические процессы. Адиабатный процесс
- •Основные термодинамические процессы. Адиабатный процесс
- •Основные термодинамические процессы. Адиабатный процесс
- •Основные термодинамические процессы. Политропный процесс
- •Основные термодинамические процессы. Политропный процесс
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики. Цикл Карно
- •Второе начало термодинамики. Холодильный цикл Карно
- •Второй закон термодинамики
- •Конец раздела
Основы
термодинамики
Общие определения
Термодинамической системой называется тело или совокупность тел, являющиеся объектами исследования.
Термодинамическая система, которая совершенно не взаимодействует с окружающей средой (не обменивается с ней веществом и энергией), называется изолированной или
замкнутой.
Термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой веществом, называется закрытой.
Термодинамическая система, которая обменивается с окружающей средой веществом, называется открытой.
Термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой энергией в виде теплоты, называется
адиабатной.
Общие определения
Термодинамическим равновесием
называется состояние, когда при неизменных внешних условиях параметры системы не меняются во времени и отсутствуют потоки вещества и энергии между системой и окружающей средой.
Термодинамический процесс – это изменение состояния системы, которое возникает в ней под влиянием внешних воздействий.
Общие определения
Параметры, характеризующие газообразные тела: давление, температура и удельный объем.
Давление – величина, численно равная силе, действующей по нормали к поверхности стенки сосуда, отнесенной к единице площади этой поверхности.
Единица измерения – Паскаль (Па).
Температура – мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул. Единицы измерения – градус Кельвина (Т °К) и градус Цельсия (t °С):
T = t + 273. |
V |
|
1 |
. |
|
Удельный объем – это объем 1 кг вещества: |
|||||
|
|||||
|
m |
|
|
||
Киломоль – это количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе. Киломоль вещества с молекулярной массой μ весит μ кг.
m кг вещества содержат m киломолей.
Закон Авогадро
(для идеальных газов)
Все газы при одинаковых давлении и температуре содержат в равных объемах одинаковое число молекул.
m |
|
; |
1 |
|
1 |
|
m2 |
2 |
2 |
2 . |
|||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 1 2 2. |
|
|
||||
|
|
|
Уравнение состояния идеального газа
Для одного кг идеального газа справедливо уравнение состояния: p RT.
R – газовая постоянная, кгДжК .
Для одного киломоля газа: pV R0 T;
где Vμ – объем одного киломоля газа при данных условиях, |
||||
R0 – универсальная газовая постоянная, одинаковая для одного киломоля |
||||
любого газа: |
R0 8,31 10 |
3 Дж |
. |
|
|
|
кг К |
||
|
|
|
|
|
pV m R0 T.
или: pV m RT ,
R R0 .
Смесь газов
Закон Дальтона: давление, оказываемое смесью газов, равно сумме парциальных давлений отдельных газов, входящих в состав смеси:
|
n |
|
|
pсм pi. |
|
p RT |
i 1 |
|
– для одного килограмма газовой смеси; |
|
|
pV m RT |
– для m кг смеси; |
R R0 . |
pV R0 T |
– для одного киломоля смеси. |
|
Состав смеси может быть задан в массовых или объемных долях.
Массовая доля: |
g |
|
mi |
. |
|
|
|
|
Объемная доля: |
ri |
Vi |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
i |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vсм |
|||
|
|
|
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
n |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
n |
|||||||
Rсм gi Ri; |
см |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
Rсм |
|
|
|
|
|
см ri i ; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
n |
ri |
|
|
||||||||||||||||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
i 1 |
|
|
|
gi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
i 1 |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1i |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
gi |
|
|
i |
|
Rсм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
см |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
||||||
Первый закон термодинамики
Равновесный процесс
Обратимым называется равновесный процесс, который в прямом и в обратном направлениях протекает через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая в итоге изменений в самом газе и в телах, окружающих систему.
Работа по преодолению внешних сил
A p S h.
S h V.
A p V.
dA p dV.
V2
A p dV.
V1
Молекулы газа обладают кинетической энергией хаотического движения и потенциальной энергией взаимодействия. Сумма этих энергий называется внутренней энергией газа U.
Внутренняя энергия газа зависит от давления, температуры, а значит и от занимаемого газом объема, то есть, внутренняя энергия газа является функцией его состояния.
Состоянию газа с параметрами p1, T1, соответствует внутренняя энергия U1, состоянию с параметрами p2, T2, – внутренняя энергия U2. При переходе газа из первого состояния во второе его внутренняя энергия изменяется на величину
U U 2 U1.
