1) Термодинамика: теплота, работа, внутренняя энергия.

а) ВЭ макросистемы – физическая величина, состоящая из суммарной кинетической энергии теплового хаотического движения молекул системы, собственной потенциальной энергии взаимод-я молекул, ВЭ самих молекул, атомов, ядер термодинамической системы. ВЭ – ф-ция состояния системы и не зависит, каким способом система приведена в данное состояние, при этом, при изменении состояния системы, изменение ВУ определяется только начальным и конечным состоянием этой системы. ВЭ – аддитивная(суммарная) величина, т.е. ВЭ всей системы равна сумме ВЭ составляющих ее частей. Для идеального газа ВЭ: , где – число степеней свободы(число независимых координат), определяющих положение молекулы в выбранной системе отсчета.

б) Работа. ВЭ можно изменить, совершив над системой работу внешними силами(А’), либо путем теплопередачи. Совершение работы сопровождается перемещение внешних тел, дей-ющих на систему. По определению элементарной работы: , где = . Дей-ющая сила может быть определена через давление: , где S – площадь поршня. Тогда: , , значит . Если поршень перемещается на конечное расстояние h, то совершаемая работа: . Совершаемая при этом работа зависит от процесса, по кот. система переводится из состояния 1 в 2. Если система возвращается в исходное состояние, то она совершает круговой процесс – цикл. = Н*м = Дж

в) Теплота – мера изменения ВЭ при теплопередаче. При этом, передача тепла не связана с перемещением внешних тел и происходит либо путем передачи данной системе ВЭ от внешних тел, при контакте с ними, либо через излучение.

2) Первое начало термодинамики(пнт). Применение пнт к изопроцессам.

ПНТ – закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Он имеет несколько формулировок:

а) Приращение ВЭ системы при ее переходе из начального состояния в конечно равно совершаемой над системой работе внешними силами А’ и кол-ва переданного системе тепла.

б) Кол-во теплоты, сообщенное макросистеме идет на приращение ее ВЭ и на совершение системой работы А над внешними телами.

Применение ПНТ к изопроцессам:

а) Изохорный процесс: V = const; dV = 0. При изохорном процессе газ не совершает работы: ; ; ;

ВЭ: ; ;

Молярная теплоемкость: ; ; равна изменению ВЭ 1 моль газа при нагревании на 1К.

б) Изобарный процесс: P = const; dP = 0. ; ; ; ; ; ; при : ; ; ; ; - ур-е Р. Майера. Учитывая, что , получаем:

Работа в изобарном процессе: ; ;

в) Изотермический процесс: T = const; dT = 0. ; ,т.к. T = const. Тогда, - подводимое тепло расходится на совершение работы. Работа в изотермическом процессе: ; ; ; ; ; - по закону Бойля-Мариотта: T = const; PV = const: ; ;

г) Адиабатический процесс: – отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой. ; ; ; ; ; ; ; Преобразовав, получим ур-я адиабаты: 1) ; 2) ; 3) .

Работа в адиабатическом процессе: 1) 2)

3) Второе начало термодинамики.(ВНТ) Цикл Карно. КПД тепловой машины. ВНТ определяет условия, при которых возможны превращения энергии и направления протекания процессов. Формулировки ВНТ:

а) Кельвин(1850): Невозможен круговой процесс, единственным рез-татом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу.

б) Клаузиус(1851): Невозможен круговой процесс, единственным рез-татом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. Невозможен самопереход тепла.

в) Вечный двигатель второго рода, т.е. периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет охлаждения одного источника тепла, невозможен.

Прямой цикл Карно: а) - работа расширения, совершаемая газом при переходе из состояния 1 в состояние 2; кол-во теплоты Q₁, полученное газом от нагревателя.

б) - работа расширения А₂₃ совершается за счет изменения ВЭ, т.к. при адиабатном расширении 2-3 теплообмен с окружающей средой отсутствует.

в) - кол-во теплоты Q₂, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжатия А₃₄.

г) - работа адиабатного сжатия.

д) Работа, после кругового процесса:

Обратный цикл Карно положен в основу дей-я тепловых насосов.

Термический КПД цикла Карно: . Применив ур-я адиабат: , получим: ; , тогда: . Следовательно, КПД: , т.е. для цикла Карно КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника.

4) Тепловое излучение - это свечение тел обусловленное нагреванием¸ которое совершается за счет теплового хаотического атомов и молекул вещества.

Абсолютно черное тело- это тело способное поглощать при любой температуре всё падающее на тело излучение любой частоты.

Основные характеристики:

1) спектральная плотность энергетической светимости, обозначается - энергия излучаемая в единицу времени поверхности нагретого тела в интервале частот единичной ширины, т.е. энергия излучения берется в интервале частот , единица измерения =Дж/м²

2) Интегральная энергетическая светимость, её называют (энергетическая светимость)- мощность излучения с единицы поверхности в интервале частот от 0 до бесконечности.

3) Спектральная поглощающая способность

Спектральная поглощающая способность - доля энергии поглощенная телом, равная отношению энергии поглощенной телом к энергии приносимой электромагнитными волнами в единицу времени на единицу площади данного тела.

Законы теплового излучения:

Закон Кирхгоффа: отношение спектральной спектральной плотности энергетической светимости тела к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела и равно спектральной энергетической светимости абсолютно черного тела называемой универсальной функцией Кирхгоффа

для абсолютно черного тела

Закон Кирхгоффа утверждает, что нагретое тело излучает те длины волн, либо частоты, которые оно поглощает.

Закон Стефана-Больцмана:

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна 4-ой степени его термодинамической температуры

σ=5,67*10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная Стефана-Больцмана, закон используют для расчета излучения энергии при нагревании абсолютно черных тел.

Закон смещения Вина: длина волны соответствующая плотности энергетической светимости абсолютно черного тела обратно пропорциональна его термодинамической температуре.

b=2,9*10^-3 – пост Вина

Закон смещения Вина называется так потому, что при нагревании смешается максимальное значение универсальной функции Кирхгоффа

Смещение положения максимума Кирхгоффа происходит по мере увеличения температуры в область коротких длин волн.