• ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

  • Равновесные состояния и равновесные процессы

  • Работа

  • Температура

  • Идеальные газы

  • Первый закон термодинамики

  • Теплоемкость

  • Применение 1-го закона термодинамики к газам

  • Адиабатические и политропические процессы в газах

  • Второй закон термодинамики

  • Цикл Карно. Коэффициент полезного действия обратимой тепловой машины

  • Энтропия

  • Закон возрастания энтропии

  • Энтропия равновесных систем

  • Третий закон термодинамики (теорема Нернста)

Равновесные состояния и равновесные процессы

       

Термодинамические параметры P,V,T,(и количество вещества ν – число молей).

Равновесные и неравновесные состояния (не путать со стационарными состояниями): состояние при котором P,V,T–const.

Т/дин-е равновесие (Т/д равновесное состояние)

Равновесный (квазистатический) процесс в термодинамике, процесс перехода термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое, столь медленный, что все промежуточные состояния можно рассматривать как равновесные, т. е. характеризующиеся очень медленным (в пределе — бесконечно медленным) изменением термодинамической параметров состояния. Р. п.— одно из основных понятий термодинамики равновесных процессов. Всякий Р. п. является обратимым процессом и, наоборот, любой обратимый процесс – равновесный.

К категории обратимых относятся процессы, для которых допускается возвращение в исходное состояние без каких либо изменений в окружающей среде. При этом прямой и обратный процессы должны проходить через одну и туже последовательность равновесных состояний. Реально в природе такие процессы не наблюдаются, но они, так же как модель идеального газа, являются удобной идеализацией, позволяющей построить описание, близкое к реальному описанию в целом ряде практически важных случаев. При этом используется модель квазистатического процесса, то есть такого процесса, который протекает с бесконечно малой скоростью. При таких процессах термодинамическая система проходит через последовательность равновесных состояний, так как все возмущения, возникающие при переходе из одного состояния в другое, успевают затухнуть из-за очень малой скорости перехода. Описанием обратимых термодинамических процессов занимается равновесная термодинамика.

1. Термодинамические параметры p,V,t. Уравнение состояния

f (T,P,V) = 0 ,

Соотношение, связывающее термодинамические параметры

называется уравнением состояния. Вид этого уравнения зависит от конкретных свойств вещества.

Для идеального газа PV = RT ,

Написанное уравнение можно разрешить относительно одной из переменных, выразив ее через две других. Поэтому состояние системы полностью определяется какими-либо двумя переменными, например, P и V. Все термодинамические параметры и их функции являются либо функциями состояния, либо функциями процесса.

Элементарный вывод уравнения состояния идеального газа:

При упругом ударе молекулы о стенку .

Давление N молекул .

Концентрация молекул .

Квадрат модуля средней скорости .

В равновесном состоянии

Давление газа .

Средняя кинетическая энергия молекулы .

Окончательно .

2. Работа газа и внутренняя энергия

– функция процесса.

V₁ и V₂– начальный и конечный объемы, давление – функция объема P = f(V).

Феноменологически внутренняя энергия определяется как однозначная функция состояния системы, зависящая от температуры U = f(T) она есть полный дифференциал, и подлежит экспериментальному измерению.

МКТ даёт кинетическую трактовку, как внутренней энергии, так и температуры:

(это для ид. газа, т.е. в пренебрежении потенциальной энергией взаимодействия молекул между собой).

Универсальная газовая постоянная

R = kN_A=1,3810^–23 6,0210²³ = 8,31 Дж/моль/K. – Работа 1-го моля газа при изобарическом процессе и изменении температуры на 1К.

Геометрическая интерпретация

работы

Работа кругового процесса

3. Температура – новое понятие, которое отсутствует в механике. В т/д-ке – это постулат, называется нулевым законом термодинамики.

Система, находящаяся в тепловом равновесии, имеет во всех точках одинаковую температуру. Это – необходимое условие теплового равновесия. Измерение температуры основано на уравнении состояния:

, где V_м – молярный объём

Температура является функцией состояния: она не зависит от предыстории тела и полностью определяется его состоянием в данный момент.