Сделай Сам Свою Работу на 5

Внутренняя энергия системы

Любая система состоит из составляющих ее частиц (атомов, молекул, ионов). Частицы эти находятся в постоянном движении (Броун). Количественной характеристикой движения является энергия частиц (1864, Клаузиус). Общая энергия системы складывается из кинетической, потенциальной и внутренней энергии.

Внутренняя энергия состоит из энергии различных форм движения микрочастиц: поступательного движения молекул Uпост, вращательного движения молекул и их фрагментов Uвращ., колебательного движения атомов и групп атомов в молекуле Uколеб., движения электронов в атоме Ue, движения нуклонов в ядре атома Uя.

.

С увеличением массы системы пропорционально ей растет и внутренняя энергия, т.к. она является экстенсивным свойством системы.

Внутренняя энергия является термодинамическим свойством и функцией состояния системы. Изменение внутренней энергии не зависит от того, через какие промежуточные стадии идет процесс, а определяется только исходным и конечным состояниями системы.

Это положение следует из закона сохранения энергии: энергия не возникает и не исчезает вновь из ничего при протекании процесса, она лишь может переходить из одной формы в другую в строго эквивалентных соотношениях.

В изолированной системе сумма всех видов энергии остается постоянной независимо от наличия и типа процесса.

Абсолютное значение внутренней энергии не может быть определено. В связи с этим при расчетах всегда пользуются изменением внутренней энергии

ΔU = Uk − Ui = U2 − U1,

где U2 (Uk) – значение внутренней энергии конечного состояния системы; Ui (U1) – исходное состояние системы. Бесконечно малое изменение внутренней энергии – dU – полный дифференциал.

Если внутренняя энергия увеличивается, то ΔU (dU) > 0, если ΔU (dU) < 0 то уменьшается.

Теплота и работа

Система может обмениваться энергией с окружающей средой двумя путями:

1) теплота (энергия, передаваемая одним телом другому, зависящая от температуры)

2) работа (форма обмена энергией, от температуры не зависящая).



Для теплоты и работы используется две системы знаков: термодинамическая (со стороны системы, преимущественно используется) и эгоистическая (со стороны наблюдателя, устаревшая)

  теплота     работа  
выделяется «–» термодинамическая Совершается системой «–» термодинамическая
«+» эгоистическая «+» эгоистическая
           
поглощается «+» термодинамическая Совершается НАД системой «+» термодинамическая
«–» эгоистическая «–» эгоистическая

 

Работа—это передача упорядоченного движения от одной системы к другой. Только в момент передачи упорядоченное движение является работой. В передаче упорядоченного движения участвует не менее двух тел (систем). Они образуют оба конца передачи. Работа в общем случае не является свойством системы, и ее количество не определяется начальным и конечным состояниями системы, т. е. работы в системе не содержится. В системе содержится движение.

Термодинамическая система может совершать различные виды работ:

работу расширения против сил внешнего давления,

работу увеличения поверхности против сил поверхностного натяжения,

работу перемещения тела в поле тяготения и т. д.

Соотношения для подсчета величины работы W будут структурно одинаковы и имеют вид

dW = XdY,

где X — внешняя сила, действующая на систему (обобщенная сила); Y — параметр состояния системы, сопряженный с X или обобщенная координата.

Величина элементарной работы dW определяется произведением интенсивного параметра на изменение экстенсивного параметра.

Если система совершает работу, связанную с увеличением объема системы V, против сил внешнего давления Р (работа расширения), то

dW = PdV.

Система, в которой единственным видом работы является работа расширения, называется простой.

Если система, помимо работы расширения, совершает и другие виды работ, она называется сложной.

 

Работу сложной системы в виде суммы

,

где — все остальные виды работ, кроме работы расширения.

Максимальную работу система совершает только при протекании равновесного (обратимого) процесса. Во всех остальных случаях работа совершенная системой – меньше.

Wобр > Wн/обр

Теплота, так же как и работа, не является свойством системы, о ней можно говорить только в связи с процессом и во время процесса. Теплота – это движение в передаче. Передача движения от одной системы к другой в этом случае обусловлена тем, что температура первой системы выше температуры второй. Мы говорим: движение в форме теплоты перешло от одного тела к другому.

Максвелл, по-видимому, первый охарактеризовал работу как упорядоченное движение, а теплоту – как передачу беспорядочного движения.



©2015- 2018 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.