ТЕРМОДИНАМИКА

Внутренняя энергия

Термодинамика – раздел физики, изучающий возможности использования внутренней энергии тел для совершения механической работы. Внутренняя энергия Средняя кинетическая энергия одного атома Одной из основных величин, используемых в термодинамике, является внутренняя энергия тела. Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов или молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Число степеней свободы – число возможных независимых направлений движения молекулы. Внутренняя энергия Внутренняя энергия U состоящего из N атомов, в N раз больше энергии одного атома:

Внутренняя энергия данной массы идеального газа зависит лишь от одного макроскопического параметра – термодинамической температуры. Формулы для внутренней энергии идеального газа можно обобщить: Внутренняя энергия где i – число степеней свободы молекул газа.

Внутренняя энергия Теплообмен – процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы. Количество теплоты, получаемое телом, - энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена.

Работа газа при изопроцессах

Работа, совершаемая газом, равна произведению среднего давления газа на изменение его объема: Работа газа при изопроцессах A = p (V 2 -V 1 ). Работа, совершаемая газом при изобарном расширении (p=const, m=const) Работа, совершаемая газом при изотермическом расширении (t=const, m=const)

Работа газа при изопроцесах При расширении (ΔV>0) газ совершает положительную работу, отдавая энергию окружающим телам. При сжатии (ΔV>0) работа, совершаемая газом, отрицательна. Внутренняя энергия газа при сжатии увеличивается

Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее: Первый закон термодинамики Δ U = Q + A вн Количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами: Q = ΔU + A

Первый закон термодинамики Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами: Q = Δ U При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы: Q = A

Первый закон термодинамики При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии ( ΔU>0) и на совершение работы газом (А>0) Изобарный процесс (p=const, m=const): ΔU >0

Адиабатный процесс

Теплоизолированная система – система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами (Q=0). Адиабатный процесс Адиабатный процесс – термодинамический процесс в изолированной системе. Первый закон термодинамики для адиабатного процесса имеет вид: илиΔ U+А=0А= - Δ U

Адиабатный процесс При адиабатном расширении газа А > 0. Следовательно, Это означает, что ΔТ

Адиабатный процесс При сжатии поршнем воздуха, находящегося в цилиндре, его температура значительно возрастает. Вспрыскивание жидкости топлива в конце такта сжатия приводит к его воспламенению и резкому возрастания давления рабочей смеси, вызывающему ход поршня в противоположном направлении. Сжатие и расширение газа в цилиндре дизельного двигателя

Тепловые двигатели

Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Тепловой двигатель Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Второй закон термодинамики

Обратимый процесс – процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении. Необратимый процесс – процесс, обратный которому самопроизвольно не происходит.

Второй закон термодинамики В циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теплоты, полученное от нагревателя, в механическую работу. Диффузия – физическое явление, при котором происходит самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества в другое при их контакте. Замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное.

Второй закон термодинамики Взаимная диффузия водорода и кислорода, находящихся до открытия перегородки в разных половинах объема, приводит к перемешиванию газов. При диффузии газы смешиваются, равномерно распределяясь по объему сосуда