');magWnd.document.close();magWnd.document.title = "Лупа";magWnd.focus();}catch(e){}}function openMagImg(name){try{var imgForMag = new Image();imgForMag.src = name;screenHeight = screen.height-60;screenWidth = screen.width-80;var i=0;do {imgHeight = imgForMag.height;imgWidth = imgForMag.width;i++;if (i == 3) {imgHeight = 300;imgWidth = 400;break;}} while (imgHeight==0 || imgWidth ==0);if(screenHeight*imgWidth/imgHeight < screenWidth){magWidth = screenHeight*imgWidth/imgHeight;magHeight = screenHeight;}else{magWidth = screenWidth;magHeight = screenWidth*imgHeight/imgWidth;}magWnd = open("","myWin","width=" + magWidth + ",height=" + magHeight + ",location=no,menubar=no,resizable=yes,scrollbars=no,status=no,toolbar=no");magWnd.moveTo(0.5*(screen.width-magWidth),0)magWnd.document.open();magWnd.document.write('
');magWnd.document.write('');magWnd.document.write('
');magWnd.document.write(' \n');
ГлавнаяНовостиДоступкбесплатнымурокам
Глава3. Молекулярная физика и термодинамика
Термодинамика
3.9. Первый закон термодинамики
На рис.3.9.1 условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина
Рисунок 3.9.1. Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы |
Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т.е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия
Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:
Изменение
Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:
Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.
Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу
Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.
В изохорном процессе (
V=const ) газ работы не совершает,A=0 . Следовательно,Q=ΔU=U(T2)–U(T1) .Здесь
U(T1) иU(T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q>0 ), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q<0 ).В изобарном процессе (
) работа, совершаемая газом, выражается соотношениемp=const A=p(V2–V1)=pΔV .Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:
Q=U(T2)–U(T1)+p(V2–V1)=ΔU+pΔV .При изобарном расширении
Q>0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатииQ<0 – тепло отдается внешним телам. В этом случаеA<0 . Температура газа при изобарном сжатии уменьшается,T2<T1 ; внутренняя энергия убывает,ΔU<0 .В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа,
ΔU=0 .Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением
Q=A .
Количество теплоты
Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.
Модель.Адиабатический процесс |
В адиабатическом процессе
На плоскости (
Рисунок 3.9.2. Семейства изотерм (красные кривые) и адиабат (синие кривые) идеального газа |
В термодинамике выводится уравнение адиабатического процесса для идеального газа. В координатах (
Это соотношение называют уравнением Пуассона. Здесь
Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры
Адиабатический процесс также можно отнести к изопроцессам. В термодинамике важную роль играет физическая величина, которая называется энтропией (см.§3.12). Изменение энтропии в каком-либо квазистатическом процессе равно приведенному теплу
Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия (см.§3.3). Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.
Не всякий процесс, проведенный в адиабатической оболочке, т.е. без теплообмена с окружающими телами, удовлетворяет этому условию. Примером неквазистатического процесса, в котором промежуточные состояния неравновесны, может служить расширение газа в пустоту. На рис.3.9.3 изображена жесткая адиабатическая оболочка, состоящая из двух сообщающихся сосудов, разделенных вентилем
Расширение газа в пустоту – пример необратимого процесса. Его нельзя провести в противоположном направлении.
Рисунок 3.9.3. Расширение газа в пустоту |
ГлавнаяБесплатныеонлайнучебникиБесплатная подготовкаповсемпредметамонлайн | ||
© Физикон,1999-2024 E-mail: | ||