Вопросы для самоконтроля

1.В чем сущность явления переноса? Каковы они и при каких условиях возникают?

2.Объясните физическую сущность законов Фурье, Фика, Ньютона.

3.Переносом какой физической характеристики молекулами газа обусловлено явление теплопроводности?

4.Чем обусловлен ламинарный хар-р движения газа вблизи поверхности твердого тела?

5.Какую единицу имеет коэффициент диффузии? Коэффициент теплопроводности? Коэффициент вязкости?

6.Соотношения между коэффициентами диффузии, теплопроводности и вязкости?

7.Объяснить ламинарное и турбулентное течение жидкости.

8.Напишите закон Пуазейля, формулу Пуазейля для объема жидкости.

9.Метод Стокса для определения коэффициента вязкости жидкости.

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.

2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.

Дополнительная

1.Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2009г. 500экз.

2.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

3.Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г

Лекция 12 основы термодинамики.

12.1 Общие понятия. Первое начало термодинамики

Термодинамикой называется раздел физики, которой устанавливает связь между теплотой и др. формами энергии при различных физических и химических процессах.

Термодинамика базируется на двух фундаментальных законах и называемых началами термодинамики. Термодинамической системой тел или просто системой называется совокупность тел (напр. Система-газ, заключенный в цилиндр под поршень). Система называется Замкнутой, если она обменивается с внешней средой только энергией (космонавт в кабине косм.корабля). Открытая система обменивается с внешней средой энергией и веществом (живой организм). Изолированная, если она не взаимодействует с окружающей средой, т.к. не обменивается с ней ни веществом, ни энергией.

Эти величины характеризующие состояние системы называются параметрами состояния. Параметры изменяются при переходе системы из одного состояния в другое. Если в результате какого-либо процесса параметры стали прежними, то говорят, что система вернулась в исходное состояние. Переход системы из одного состояния в другое обусловлен процессами, происходящими внутри данной системы или в результате внешних воздействий на систему.

Термодинамическое состояние определяется совокупностью всех параметров. Не всегда какой-либо параметр имеет определенное значение. Если, например, температура в различных точках тела неодинакова, то телу нельзя приписать определенное значение температуры. В этом случае состояние называется неравновесным. Классическая термодинамика рассматривает преимущественно изолированные и замкнутые системыИзолированная система, находится в неравновесном состоянии, самопроизвольно переходит в равновесное. Время перехода называется временем релаксации.

Переход системы из одного состояния (P₁V₁T₁) в другое (P₂V₂T₂), происходящий через ряд промежуточных состояний называется термодинамическим процессом. (Рис.34).

P 1

P1V2

P1V1 2

P2V2

V

Рисунок 34

В каждом из состояний 1, 2 и I значение T и P должны быть одинаковыми, т.е. в каждом из этих состояний система должна находиться в термодинамическом равновесии. Поэтому процессы должны протекать медленно (бесконечно медленно).

Процесс, состоящий из последовательного ряда равновесных состояний, называется равновесным или квазистатическим. При достаточно медленном протекании реальные процессы могут приближаться к равновесному сколь угодно близко.

Пусть в результате процесса в изолированной системе тело переходит из состояния 1. в состояние 2. и затем возвращается в начальное состояние 1.Процесс называется обратимым, если возможно осуществить обратный переход из 2. в 1. через те же промежуточные равновесные состояния так, чтобы не осталось ни каких изменений в окружающей среде. К такому процессу можно отнести медленно протекающие процессы сжатия, расширения, нагревания и охлаждения газа.

Необратимым называется процесс, когда осуществляется переход и хотя бы одного из состояний не является равновесным и процесс нельзя провести в обратном направлении через те же промежуточные состояния. К таким процессам относятся быстро протекающие процессы сжатия, расширения, нагревания и охлаждения газа. Необратимые процессы: расширение газа в пустоту, диффузия и т.д.

Любой процесс сопровождающий трением, является необратимым. Таким образом все реальные процессы являются необратимыми.

Любая термодинамическая система обладает внутренней энергией (U). И в каждом определенном состоянии система обладает вполне определенным значением внутренней энергии т. О. внутренняя энергия является функцией состояния системы. Изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое всегда равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях, и не зависит от пути, по которому совершался переход.

Изменение внутренней энергии может происходить при двух процессах:

1. Система совершает работу A против действующих на нее внешних сил и внутренняя энергия уменьшается или внешние силы совершают работу ,изменяя расположение частей системы, внутренняя энергия увеличивается.

2.Система получает извне или отдает окружающей среде некоторое количество тепла Q.

Рисунок 35

Условимся считать кол-во теплоты положительным, когда оно подводится к системе, а работу положительной, когда она совершается против внешних сил.

« Количество внутренней энергии, передаваемой между полями при теплообмене называется количеством теплоты».

Рассмотрим систему: газ заключенный в цилиндр под поршнем. (Рис.35).

Система обладает внутренней энергией U₁. Подведем некоторое количество теплоты Q.Система перейдет в другое состояние, а внутренняя энергия изменится до U_2. При этом газ, расширяясь совершит работу A против внешних сил.

В соответствии с законом сохранения энергии изменения внутренней энергии будет U=U₂-U₁. и равно разности между количеством теплоты Q и совершенной работой A: U=Q-A или Q= U+A

Томсона и Клаузиуса, 1850г. Это первое начало термодинамики. Оно устанавливает количественные соотношения при превращении теплоты в механическую работу.(Q, U и A выражены одинаковых единицах)(джоуль).

«Количество теплоты, переданное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии и на совершаемую системой работу против внешних сил»

Если система получает достаточно малое количество теплоты, то совершает малую работу и в системе происходит бесконечно малое изменение внутренней энергии, тогда 1-е начало термодинамики пишется в дифференциальной форме.

dQ = dU+dA

Если система термодинамики возвращается в исходное состояние то , A=Q.Тогда формулировку первому началу можно дать: «Вечный двигатель первого рода невозможен»