2.2 Термодинаміка

Основна задача термодинаміки полягає у визначенні всіх макростанів фізичної системи. Розв’язання задач даного розділу грунтується на використанні рівнянь першого та другого законів термодинаміки (а іноді – й рівняння стану ідеального газу).

Для розв’язання задач, в яких необхідно обчислити кількість теплоти, що передається або виділяється ідеальним газом при певній термодинамічній зміні стану; внутрішню енергію газу та її зміни, роботу ідеального газу або зовнішніх сил, застосовують рівняння I-го початку термодинаміки

а також формули, що описують ці величини (див. табл. 5). При цьому слід враховувати, що внутрішня енергія – це функція стану системи (тобто залежить тільки від початкового та кінцевого стану системи), робота і кількість теплоти є функціями процесу, а не стану.

При розв’язанні задач, в яких потрібно визначити теплоємність ідеального газу, користуються формулою

Виходячи з того, що теплоємність визначається кількістю теплоти, застосування I-го початку термодинаміки до різних видів ізопроцесів дозволить визначити шукану теплоємність (див. табл. 5).

Задачі, що належать до розгляду циклів і обчислення їх коефіцієнта корисної дії (ККД), розв’язують у такій послідовності:

а) спочатку креслять діаграму циклу в обраних коефіцієнтах (частіше це роблять у координатах );

б) обирають певний напрям обходу діаграми циклу. Далі, користуючись відповідними рівняннями ізопроцесів (2) – (4) і рівнянням стану (1), визначають зв’язок між параметрами в характерних точках циклу;

в) послідовно обходячи цикл, для відрізків циклу обчислюють кількість теплоти, що виділяється або поглинається газом, який бере участь у циклі, а також роботу, яка виконується газом або зовнішніми силами. Для обчислення кількостей теплоти у відповідних процесах використовують формули з табл. 5;

г) для обчислення ККД циклу використовують формулу

, або .

Для розв’язання задач, в яких необхідно визначити зміну ентропії, використовують ІІ-й закон термодинаміки.

2.3 Явища переносу

У задачах, фізичний зміст яких грунтується на явищах переносу, найчастіше потрібно визначити числове значення певної фізичної величини, що переноситься з одного місця в інше за певних умов, або час, за який відбувається перенесення (наприклад, тривалість витікання газу з посудини за певних умов або силу, з якою взаємодіють шари газу між собою, тобто силу в’язкості). Слід зауважити, що у задачах, які пропонуються для розв’язання, розглядаються стаціонарні випадки. Це означає, що значення фізичної величини, яка переноситься в газі за одиницю часу крізь обрану ділянку в будь-якому місці, лишається завжди сталим.

Маса газу, що переноситься за час через площадку вздовж , перпендикулярному до цієї площадки, визначається рівнянням дифузії: