
Вопрос 8
-
Внутренняя энергия и теплота. Любое движущееся тело обладает механической энергией (это его кинетическая и потенциальная энергия). Наряду с механической энергией направленного движения и взаимодействия тело обладает внутренней энергией (энергией хаотического движения и взаимодействия частиц тела). В реальной физической системе их части, составляющие их частицы всегда взаимодействуют, и это взаимодействие происходит не только при их столкновениях, но и осуществляется на расстоянии при посредстве физических полей.
Величина
внутренней
энергии
тела включает
кинетическую энергию хаотического
движения молекул
и потенциальную
энергию их взаимодействия:
Для одного моля идеального газа
Для газа массой
т.е. внутренняя энергия газа определяется
его природой и температурой.
-
Известно, что энергия поступательного движения одноатомной молекулы идеального газа равна
Эта молекула имеет три степени свободы СС (iп = 3); следоват-но, на одну СС приходится энергия
Доказывается, что для сложных молекул на одну СС поступательного и вращат. движения приходится столько же энергии, т.е.,
на каждую же колебательную СС в среднем приходится энергия, равная
(в этом одно из основных положений МКТ положение о равнораспределённости энергии движения физич. системы по СС). Энергия колебательных СС вдвое больше, пос-ку колебательная система обладает равными по величине средними значениями как кинетич., так и потенциальной энергии.
Вопрос 9
Внутренняя энергия механической системы (или нек-рого тела) м-т меняться за счет 2-х различных процессов: совершения над системой (телом) работы А’ и передачи ему нек-рого количества теплoты Q.
Т.о.,
приращение внутренней энергии системы
д-но быть суммой совершённой над телом
работы A’
и
колич-вом переданного телу тепла
Обычно вместо работы
совершаемой телом над системой,
рассматривают работу A,
выполняемую системой же над внешними
телами, т.е. тогда
-
Этим соотношением выражается закон сохранения энергии, в нём заключается содержание 1-го начала термодинамики, к-рое формулируется т.о.: количество теплоты, сообщаемое механической системе, идёт на приращение внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
-
При вычислении совершённой механич. системой работы или теплоты, полученной системой, обычно приходится разбивать процесс на ряд элементарных этапов, каждый из к-рых соответствует весьма малому изменению параметров ТС:
конечные приращения количества теплоты и работы.
-
Поск-ку для любой механической системы
выражение для 1-ого начала термодинамики для элементарных величин тепла и энергии записывают в такой форме:
Вопрос 10
-
Тепловой двигатель. Все тепловые двигатели, независимо от их конструктивных особенностей, решают одну задачу – превращение внутренней энергии в механическую. Энергия путём теплообмена передаётся нек-рому газу, к-рый расширяясь, производит работу против внешних сил, приводя в действие определённый механизм. Оч-но, в тепловом двигателе газ не м-т беспредельно расширяться, т.е. тепловой двигатель д-н работать циклично – в ходе цикла за процессом расширения газа следует его сжатие до первоначального состояния. Любой тепловой двигатель состоит из 3-х основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочим телом служит нек-рый газ, за счёт расширения к-рого происходит работа. Рабочее тело получает нек-рое колич-во теплоты Q от нагревателя; на этапе сжатия газ передаёт тепло холодильнику – телу, температура T2 к-рого остаётся неизменной и всегда меньше температуры нагревателя. За счёт этого давление газа при сжатии ниже, чем при расширении. Это является необходимым условием работы двигателя.
На
принципе запрета возможности
сформулированного
Дж.Томсоном и М.Планком, основывается
2-ое
начало ТД:
невозможен
процесс, единственным результатом
к-рого было бы охлаждение нагревателя
и превращения полученного количества
теплоты полностью в работу.
Иначе говоря, 2-ое
начало ТД
устанавливает
запрет на существование вечных двигателей
2-го
рода,
т.е. таких, у к-рых КПД