Билет №8. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа. 1ое начало термодинамики.

Термодинамика – это раздел физики, в котором изучаются общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, а также переходы между этими состояниями на основе ЗСЭ.

Работа в термодинамике.

Если газ в цилиндрическом сосуде действует на поршень с силой F и, расширяясь, передвигает его на малое расстояние Δl, то газ совершает бесконечно малую работу σА=F*dl.

F=p*S , σА=p*S*dl=p*dV , A== - работа является функцией от объёма.

Работа газа численно равна площади под кривой процесса, изображенного в p-V координатах.

Работа газа зависит от способа перехода из состояния 1 в состояние 2, а значит, сила давления газа является неконсервативной.

Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия – включает в себя все виды энергий, за исключением кинетической энергии системы как целого и потенциальной энергии взаимодействия во внешних полях. Основные составляющие внутренней энергии: кинет.энергия движения молекул, потен.энергия взаимодействия молекул.

Теорема Больцмана о равномерном распределении кинетической энергии молекулы по степеням свободы: на каждую поступательную и вращательную степень свободы молекулы приходится одинаковая энергия, равная kT/2, а на каждую колебательную степень свободы приходится энергия, равная kT.

i – число степеней свободы молекулы – число независимых переменных, однозначно определяющих положение молекулы в пространстве. Каждая молекула обладает средней кинетической энергией, равной Е_к=*kT.

U=*kT=kN_aTν=νRT для данной массы газа, внутренняя энергия является функцией от температуры.

Способы изменения внутренней энергии: совершение работы, теплопередача.

Первое начало термодинамики.

Количество теплоты – мера энергии при теплопередаче. Связь между этими величинами определяется ЗСЭ для термодинамических систем, которые называются 1ым началом термодинамики: количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и совершение её работы против внешних сил.

Q=ΔU+A - 1ое начало термодинамики, σQ=dU+σA – первое начало термодинамики в дифференциальной форме.

Билет №9. Количество теплоты. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Виды теплопередачи: 1) теплопроводность; 2) конвекция – для жидкостей и газов; 3) излучение.

При нагревании/охлаждении σQ=c*m*dT = C*ν*dT;

При плавлении/кристаллизации σQ=±λ*dm Q=±

При парообразовании/конденсации σQ=±L*dm Q=±

При горении σQ=q*dm Q=

Билет №10. Удельная и молярная теплоемкости. Теплоёмкости при постоянном давлении и объёме. Связь между теплоемкостями.

Теплоёмкость тела – физическая величина, характеризующая количество теплоты, которое нужно передать талу, чтобы нагреть его на 1 Кельвин. c=

Удельная теплоёмкость – физическая величина, характеризующая количество теплоты, которое нужно передать телу, массой 1 кг для нагревания его на 1 Кельвин. c=

Молярная теплоёмкость – физическая величина, характеризующая количество теплоты, которое нужно предать 1 молю вещества для нагревания его на 1 Кельвин. C=

Связь между теплоемкостями: ν= , C==cM.

Если температура изменяется при постоянном объёме, то C=C_v, c-c_v.

Если температура изменяется при постоянном давлении, то C=C_p, c=c_p.

V=const σQ=dU+ σA=*ν*R*dT= C_v *ν*dT

p=const σQ=dU+σA=*ν*R*dT+p*dV=*ν*R*dT+ν*R*dT=(+1)*ν*R*dT= C_p = ν *dT

C_p = C_v +R - уравнение Майера для моляр. теплоёмкости, с_p = с_v + - уравнение Майера для удельн. теплоёмкости,

= = γ = – коэффициент Пуассона, показатель адиабаты.

Билет №11. Адиабатный процесс. Уравнения адиабатного процесса. Работа газа и изменение внутренней энергии в адиабатном процессе.

Адиабатный процесс – процесс без теплообмена с окружающей средой (быстропротекающие процессы).

σQ=dU+σA , 0=dU+σA , dU= - σA

Совершение работы происходит за счет уменьшения внутренней энергии системы.

Уравнения адиабатного процесса:

dU+σA=0 , σA=p*dV, dU=*ν*R*dT= C_v *ν*dT , p=

p*dV+ C_v *ν*dT=0 , + C_v *ν*dT=0 , * + =0 , R= C_p- C_v , = = – 1 = γ-1.

(γ-1)* + =0 , (γ-1)* + = const (=const) , (γ-1)* ln V+ lnT=const, ln + ln T = const,

ln (*T)=const , T * =const – уравнение адиабатного процесса.

p * = const , T * =const.

Билет №12. Политропный процесс. Показатель политропы. Уравнение политропного процесса.

Политропный процесс – это процесс, в котором теплоёмкость остаётся постоянной. Все изопроцессы являются политропными.

Общее уравнение политропного процесса: p * = const , где n= – показатель политропы.

при V=const, c=c_v, n= , при p=const, c=c_p, n=0 , при T=const, c=±, n=1 , при Q=const, c=0, n=γ.

Билет №13. Обратимые и необратимые процессы. Свойства обратимых процессов. Круговые процессы (циклы). Работа в циклах.

Обратимый процесс – процесс, в который может проходить в прямом и обратном направлениях через одни и те же макросостояния. Обратимые процессы – это идеализация реальных процессов при условии пренебрежения потерями энергии.

Свойства обратимых процессов: 1) при возвращении системы в исходное состояние, в окружающей среде не происходит каких-либо изменений; 2) если при прямом протекании процесса, система получала теплоту Q и совершала работу А, то в обратном процессе система будет выделять теплоту Q’=Q и над ней будет совершаться работа A’=A.

Круговые процессы (циклы) – это процессы, в которых система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное состояние. Прямой цикл – цикл, протекающий по часовой стрелке. Обратный цикл – цикл, протекающий против часовой стрелки.

Работа за цикл численно равна площади, ограниченной линией цикла.

В тепловых двигателях ха счет полученной энергии совершается работа. В холодильных установках за счет работы внешних сил, теплота переходит от холодных тел к нагретым.