Первое начало термодинамики

 

Термодинамика — это раздел  физики, где изучаются  общие качества макроскопических систем,  имеющих состояние  термодинамического равновесия, а также процессы перехода между этими состояниями.
В  основе термодинамики лежат принципы,  которые  являются  сочетанием  данных  из проделанных экспериментов,  которые выполняются независимо от  природы  тел, из которых   состоит данная  система,  и принимаются   без доказательства как  аксиомы. В  термодинамике устанавливаются закономерности  и связи между физическими величинами,  измеренными опытным путем в макроскопических системах.

Термодинамическая система  — это  система,  которая  включает в себя совокупность макроскопических тел, взаимодействующих между собой и с другими телами. Такая  система состоит  из мно- жества частиц  (атомов,  молекул), основными  характеристиками этой системы являются давление, плотность, концентрация и другие величины.

Макропараметры  (параметры  состояния)    —  это  физические величины, которые  характеризуют  макроскопические  состояния термодинамических систем.

Термодинамическое равновесие — это состояние термодинамической  системы, в течение которого  параметры состояния  не изменяются  во времени.

Уравнение состояния — уравнение функциональной зависимости  между тремя  основополагающими  параметрами  состояния  термодинамической  системы:   объемом V, давлением  р и температурой Т.

Внутренняя энергия — это энергия физической  системы, которая имеет зависимость только от ее внутреннего  состояния. Внутренняя   энергия  формируется  из энергии  теплового движения атомов, молекул или  других частиц и энергии межмолекулярных и внутриатомных  движений и взаимодействий.
Внутренняя энергия  одноатомного  идеального газа равна ки- нетической  энергии теплового движения атомов, т. е. U = –vRT, где v — количество вещества.
Изменение внутренней энергии равно:


Внутренняя энергия идеального газа:


Энтальпия (теплосодержание) — это функция состояния термодинамической системы, которая равна сумме ее внутренней энергии и произведению давления на объем системы, т. е. Н = U+ pV.
Энтальпия идеального газа имеет формулу:


Количество теплоты  — это энергия, которая передается системе внешними телами в процессе теплообмена. Количество теплоты передается только от более  нагретого  тела к менее нагретому, в процессе чего не происходит переноса вещества и не совершается работа.
Если  тело поглощает энергию,  то Q > 0; если отдает энергию, то Q < 0.
В Международной  системе единиц единица количества теплоты — джоуль (дж).
 
Иногда  для измерения количества теплоты используется вне- системная  единица — калория. 1 кал равна количеству  теплоты, которое надо сообщить 1 г воды (при давлении 760 мм рт. ст.) для нагревания на 1 К. 1 кал = 4,1868 Дж.
Уравнение теплового баланса:
Ql + Q2+ Q3 + ... = 0.
В замкнутой  системе энергия не меняется, т. е. .

Первый  закон термодинамики: при переходе из одного состояния в другое изменение внутренней  энергии термодинамической системы будет равно сумме количества теплоты переданного системе, и работе, совершенной над системой, т. е.

Если система совершает работу A = –A' над внешними телами, то , т. е. количество теплоты, переданное системе, тратится  на изменение ее внутренней  энергии и работу системы против внешних сил.

Первое  начало термодинамики — это есть частный случай закона сохранения энергии.
Для элементарного изменения состояния  первый закон термо- динамики имеет вид:   или   , где С — те- плоемкость системы.

Адиабатный процесс — это такой термодинамический процесс, в котором отсутствует  теплообмен между рассматриваемой системой и внешней средой, в течении этого процесса изменение внутренней энергии термодинамической системы происходит за счет совершения системой работы.

Адиабата — это  линия на термодинамической  диаграмме состояния,  которая показывает равновесный адиабатный процесс.



Уравнение адиабаты идеального газа имеет вид:
  — показатель адиабаты;
 


Политропный процесс — это термодинамический процесс,  для которого  удельная теплоемкость газа не меняется.
Показатель политропы:         


Обратимый термодинамический процесс — процесс,  допускающий  возможность  возвращения  системы  в первоначальное  состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Необратимый процесс — это термодинамический процесс перехода термодинамической системы из одного состояния  в другое, который  протекает  самопроизвольно только  в одном  направлении. Систему, производящую этот  процесс,  нельзя вернуть в исходное состояние через те же самые промежуточные состояния без каких-либо изменений во внешней среде. Необратимые процессы включают в себя все реальные процессы.


Лекция добавлена 25.02.2014 в 22:40:31