Термодинамика 1 Внутренняя энергия газов 2 Первое начало

Термодинамика. 1. Внутренняя энергия газов. 2. Первое начало термодинамики. 3. Второе начало термодинамики. 4. Тепловые машины. КПД тепловых машин.

1. Внутренняя энергия газов. Равновесное состояние – состояние, когда параметры, характеризующие состояние вещества имеют определенное единое значение по всему телу (для всей совокупности молекул) и остаются неизменными в течение некоторого отрезка времени. Если параметры не единые или меняются – неравновесное состояние. Переход системы (тела) из одного состояния в другое называется процессом (тепловым процессом).

Можно отметить два направления исследования тепловых явлений а) с выяснением внутреннего строения вещества – МКТ; б) из анализа состояния вещества – термодинамика. Начало успешного второго направления исследования тепловых явлений получило с введением приборов: калориметра и термометра. Данное направление получило толчок в связи с интенсивным развитием техники, разработки новых тепловых машин и выявлением путей повышения их коэффициента полезного действия (КПД; η).

Суммарная энергия движения молекул тела (их суммарная кинетическая энергия) и их энергия взаимодействия (потенциальная энергия) составляет внутреннюю энергию тела (U). P =1/3 nm 0 V 2= (2/3) nm 0 V 2/2 =(2/3)n. E 0 = nk. T E 0 = =(3/2) k. T U=Е=E 0 N. Выражая N=νNA =m/MNA , получим для подсчёта внутренней энергии тела U=Е=E 0 N=E 0νNA=E 0(m/M)NA=(3/2)(k. T)(m/M)NA= (3/2)(m/M)RT, где R =k. NA- универсальная газовая постоянная.

Итак мы получили U = (3/2)(m/M)RT для одноатомного газа или U= (ί/2)(m/M)RT для многоатомного газа, где ί – степень свободы (число возможных и заметных направлений движения).

2. Первое начало термодинамики. Можно рассмотреть два способа изменения внутренней энергии тела ΔU: а) за счёт совершения механической работы (за счёт механической энергии другого тела) А; б) без совершения механической работы, при нагревании за счёт передачи теплоты (изменения внутренней энергии другого тела) Q – это процесс теплопередачи. ΔU = Q + A 1 ΔU = Q – A Q = ΔU + A Рассмотрим работу, совершенную над телом – газом, взяв за основу выражение механической работы из механики A=FScosα

Работа совершаемая газом А = F S cos α, α=0, А = F S, получим A = pσΔh = pΔV F = pσ, S=Δh, F Δh σ

ΔU=Q + A` ΔU=Q - A Q = ΔU + A Вид первого начала термодинамики для изопроцессов: 1) изотермический, Т=const или ΔТ=0, ΔU=(3/2)(m/M)RΔT Q=ΔU+А 1 → Q=А 1 (1) 2) изобарический, р=const, A 1 == p·ΔV Q=ΔU+А 1 → Q=ΔU+ p·ΔV (2)

3) изохорический, V=const, ΔV=0, A 1= p·ΔV=0 Q=ΔU+А 1 → Q=ΔU (3) 4) адиабатический, Q=0, быстро протекающий процесс или теплоизолирующие стенки, закон Пуассона p·Vγ =const, Q=ΔU+А 1 → 0=ΔU+ А 1 → А 1=- ΔU (4)

Первое начало термодинамики Q = ΔU + A для изопроцессов 1. V=Const 2. T=Const 3. P=Const 4. Q=0 A=PΔV=0 ΔU=ί/2(m/M)RΔT=0 A=PΔV 0=ΔU+A Q=ΔU Q=A Q=ΔU+PΔV A = - ΔU

3. Второе начало термодинамики характеризует направление естественного процесса тепловых явлений в природе.

4. Тепловые машины. КПД тепловых машин. η = (Q 1 - Q 2)/Q 1 ; η = A/Q 1 η = (T 1 - T 2)/T 1 ηmax = (T 1 – T 2) / T 1 1. Паровые машины 2. Паровые турбины 3. Двигатели вн. сгорания 4. Реактивные двигатели (0, 5%; ) (40%) (25 -40%) (50%)