Сделай Сам Свою Работу на 5

Количество теплоты не является функцией состояния.

Лекция 13. ЗАДАЧА ТЕРМОДИНАМИКИ. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ. РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ. КВАЗИСТАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Задача термодинамики: изучить состояние системы и макропроцессы в ней, исходя из общих принципов (начал) без выяснения микроскопических механизмов изучаемых явлений.

Равновесным называется состояние системы, при котором макропараметры по всей системе имеют одно и то же значение, поэтому на графиках зависимости макропараметров друг от друга равновесное состояние изображается точкой (рис. 1).

 

(1)

Процессом в термодинамике называется переход системы из одного состояние в другое.

Квазистатический процесс (равновесный) представляется непрерывной последовательностью промежуточных равновесных состояний.Число параметров для описания то же, что и для равновесного состояния. Графическое изображение – кривая.

Неравновесный процесс – промежуточные состояния неравновесные.Для описания требуется бесконечное множество параметров. Графически не изображается.

Обратимым называется процесс, для которого возможен обратный переход из конечного состояния в начальное состояние через те же промежуточные состояния, что и в прямом процессе (рис. 2).

 

Свойства обратимого процесса:

1)нет изменений в окружающей среде, если в прямом процессе тепло поглощается, то в обратном выделяется, и наоборот;

2)внешнее давление равно внутреннему, работа внешних равна по модулю работе внутренних сил;

3) при бесконечно малом изменении параметров

направление процесса изменяется.

Изопроцессами называются процессы, при которых один из макропараметров остается постоянным.

Для идеального газа рассматривают равновесные обратимые процессы:

 
 

изотермический Т=const, р и V изменяются;

изобарный р=const, Т и V изменяются;

изохорный V=const, р и T изменяются;

адиабатическийпроцесс без теплообмена с окружающей средой, все макропараметры р, Т, и V изменяются.



 

 
 


Необратимым называется процесс, для которого обратный переход через те же промежуточные состояния не возможен. Неравновесный процесс всегда необратим, сопровождается изменениями в окружающей среде.

 

 

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. РАБОТА. ТЕПЛОТА. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.

Внутренней энергией тела (вещества) называется его энергия в системе отсчета, связанной с центром масс или энергия всевозможных движений и взаимодействий частиц его составляющих.

U=U1+U2+U3 (2), где

U1 – кинетическая энергия движения молекул и атомов,

U2 – потенциальная энергия взаимодействия молекул и атомов,

U3 – энергия внутриатомных и внутриядерных движений и взаимодействий ( в молекулярной физике процессы с изменением этого вида энергии не рассматриваются).

Для идеального газа из N частиц: (3), потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю.

Поэтому внутренняя энергия идеального газа (4),

 

т.е. является функцией абсолютной температуры U=U(T).

Внутренняя энергия является функцией состояния идеального газа.

Общий случай: U=U(T, V), т.е. внутренняя энергия является функцией состояния вещества.

При изменении объема (рис. 3) термодинамической системы может совершаться работа.

 

Величина совершенной силой давления газа

работы: (5),

 

где dV – малое изменение объема газа.

Работа, совершенная газом при изменении объема от V1 до V2, рассчитывается по формуле: (6).

 

При расширении газа работа положительна, при сжатии – отрицательна.

На диаграмме (рис. 4) рV величина работы численно равна площади под графиком процесса.

Работа не является функцией состояния газа, т.к. величина работы зависит от вида совершенного процесса.

 
 

 

 


Количеством теплоты Q называется количество энергии переданной системе (или полученной от нее) в результате теплообмена (без совершения работы).

Теплообмен может происходить за счет различных процессов:

 
 

Теплопроводность конвекция излучение

 

Количество теплоты не является функцией состояния.

Первым началом термодинамики называется закон сохранения энергии для тепловых процессов: количество теплоты, полученное системой идет на изменение ее внутренней энергии и совершение системой работы над внешними телами (7).

 

Различное обозначение малой величины: для работы и количества теплоты , а для внутренней энергии dU принято для того, чтобы подчеркнуть, что первые две величины не являются функциями состояния системы, а внутренняя энергия – функция состояния системы и dU представляет собой полный дифференциал.

 

Так как работа системы равна работе внешних сил со знаком (-) , то первое начало

термодинамики может быть записано в виде (8)

Первое начало для процессов в идеальном газе :

  • изотермический Т=const, dU=0 , или ;
  • изохорный V=const, , или ;
  • адиабатический - без теплообмена с окружающей средой , или ;
  • изобарный р=const, или ;

Энтальпией (тепловой функцией) называется функция состояния (9).

 

При изобарическом процессе количество теплоты равно приращению энтальпии (10).

 

 

 
 

 



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.