20) Температура. Температурные шкалы. Зависимость давления газа от температуры. Уравнение Больцмана. Тепловая смерть.

Температура – скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия . существует две температурные шкалы. Шкала Цельсия(нормальная) и шкала Кельвина(температура, измеренная по шкале Кельвина отражает физический смысл температуры). Термометры: Жидкостные( спиртовые, ртутные) газовые и полупроводниковые.

Давление идеального газа пропорциональна его термодинамической температуре и консентрации молекул. P=nkT. Постоянная Больцмана K=1,38*10^-23 Дж/K

Тепловая смерть — термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы. При этом никакого направленного обмена энергией наблюдаться не будет, так как все виды энергии перейдут в тепловую. Термодинамика рассматривает систему, находящуюся в состоянии тепловой смерти, как систему, в которой термодинамическая энтропия максимальна.

21) Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).

Уравнение состояния идеальнорго газа связывает между собой основные параметры, характеризующие состояния газа: давление(Р), объем(V), и температура(Т)

. Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Физический смысл универсальной постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширение при нагревании на 1К (R=8,31 Дж/(моль*К)) Уравнение показывает, что возможно одновременное изменение трех параметров, характерезующих состояние идеального газа.

22)Изопроцессы называют процесс , промсходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре- температуре, давлении или объеме.

Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре. Из уравнения состояния идеального газа следует, что при постоянной температуре, массе и составе газа произведение давления на объем должно оставаться постоянным. Графиком изотермы (кривой изотермического процесса) является гипербола. Уравнение называют законом Бойля-Мариотта.

Изохорным процессом называется процесс, протекающий при неизменном объеме, массе и составе газа. Р/Т= const. Это уравнение называется законом Шарля. График уравнения изохорного процесса называется изохорой, и представляет из себя прямую, проходящую через начало координат.

Изобарным процессом называется процесс, протекающий при неизменном давлении, массе и составе газа. Аналогичным образом как и для изохорного процесса можно получить уравнение для изобарного процесса. V/T=const при p=const. Уравнение, описывающее этот процесс, называется законом Гей-Люссака. График уравнения изобарного процесса называется изобарой, и представляет из себя прямую, проходящую через начало координат.

23,25) Внутренняя энергия. Работа в термодинамике.

Если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю, то внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий движения всех молекул газа . Следовательно, при изменении температуры изменяется и внутренняя энергия газа. Подставив в уравнение для энергии уравнение состояния идеального газа, получим, что внутренняя энергия прямо пропорциональная произведению давления газа на объем. . Внутренняя энергия тела может изменяться только при взаимодействии с другими телам. При механическом взаимодействии тел (макроскопическом взаимодействии) мерой передаваемой энергии является работа А. При теплообмене (микроскопическом взаимодействии) мерой передаваемой энергии является количество теплоты Q. В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии U равно сумме переданного количества теплоты Q и работы внешних сил А. Вместо работы А, совершаемой внешними силами, удобнее рассматривать работу А`, совершаемую системой над внешними телами. А=–А`. Тогда первый закон термодинамики выражается как, или же. Это означает, что любая машина может совершать работу над внешними телами только за счет получения извне количества теплоты Q или уменьшения внутренней энергии U. Этот закон исключает создание вечного двигателя первого рода.

23) Внутренняя энергия – энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Она зависит от температуры тела, агрегатного сост, от химических, атомных и ядерных реакций. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увел, если тело соверш, то умен. Виды теплопередачи – теплопроводность, конвекция, излучение. Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее в результате теплового движения и взаимодействия. Хорошая у металлов, плохая – газы, ужасная-жидкости. Степень ее учитывают при строит, в холодилниках и машинах. Конвекция – теплопер путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Заметна в отоплении. Излучение – от 1 к 2 спомощью тепловых, видимых и других лучей. При равной температуре и с темной поверх тела лучше излуч и поглощают. Испол в землед – теплицы, в быту – светл одежда, в технике – окраска самолет.

26) Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно. Она только переходит из одной формы в другую.

27) . Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный про­цесс. Необратимость тепловых процессов.

Одним из основных процессов, совершающих работу в большинстве машин, является процесс расширения газа с совершением работы. Если при изобарном расширении газа от объема V₁до объема V₂ перемещение поршня цилиндра составило l, то работа A совершенная газом равна , или же . Если сравнить площади под изобарой и изотермой, являющиеся работами, можно сделать вывод, что при одинаковом расширении газа при одинаковом начальном давлении в случае изотермического процесса будет совершено меньше количество работы. Кроме изобарного, изохорного и изотермического процессов существует т.н. адиабатный процесс. Адиабатным называется процесс, происходящий при условии отсутствия теплообмена. Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. , поэтому при адиабатном процессе температура понижается. Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляются только в одном направлении. Всегда передача тепла происходит к более холодному телу. Второй закон термодинамики гласит, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений. Этот закон исключает создание вечного двигателя второго рода.

28) Первый закон термодинамики не устанавливает направления тепловых процессов. Однако, как показывает опыт, многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Например, при тепловом контакте двух тел с разными температурами тепловой поток всегда направлен от более теплого тела к более холодному. Никогда не наблюдается самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Следовательно, процесс теплообмена при конечной разности температур является необратимым. 29) Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу. (КЕЛЬВИН)

Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому(КЛАУЗИУС)

. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового дви­гателя.

Обычно в тепловых машинах работа совершается расширяющимся газом. Газ, совершающий работу при расширении, называется рабочим телом. Расширение газа происходит в результате повышения его температуры и давления при нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получает количество теплоты Q называется нагревателем. Устройство, которому машина отдает тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначала изохорически растет давление, изобарически расширяется, изохорически охлаждается, изобарически сжимается. <рисунок с подъемником>. В результате совершения рабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его внутренняя энергия принимает исходное значение. Это значит, что . Согласно первому закону термодинамики, . Работа, совершаемая телом за цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равно разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику. Следовательно, . Коэффициентом полезного действия машины называется отношение полезно использованной к затраченной энергии .

Тепловая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wсум.

30) Понятие фазы вещества. Насыщенный пар и его свойства.

Конденсация- процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул, покидающих жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие. Вещество в газообразном состояние, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром.

Пар, находящийся при давлении ниже давления насыщенного пара, называется ненасыщенным. Давление насыщенного пара не зависит при постоянной температуре от объема (из ). При постоянной концентрации молекул давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа, т.к. под действием температуры количество молекул увеличивается. выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха . Чем ниже температура, тем меньше давление насыщенного пара, таким образом при охлаждении до некоторой температуры пар становится насыщенным. Эта температура называется точкой росы t_p.

Точкой росы при данном давлении называется температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.