GLAVA1 (1093047)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

6

воды не зависят от состояния и корректности наших знаний о строениии веществ и механизме протекающих процессов.

В термодинамике отсутствует время.

1. Основные понятия и величины.

Следует точно определить основные понятия, термины и величины, используемые в термодинамике, ибо их нестрогое применение может привести к ошибочным заключениям.

Система - тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и обособленные от окружающей среды.

Система называется термодинамической, если в ней происходит энерго- или массообмен.

Система называется изолированной, если она лишена возможности обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Под состоянием системы понимают совокупность ее физико-химических свойств.

Термодинамические свойства системы это свойства, зависящие от давления (Р), температуры (Т), объема (V) и концентрации .

Давление, температура, объем и концентрация - термодинамические параметры.

Следовательно, состояние системы однозначно определяется уравнением:

, (1.1)

называемым уравнением состояния системы.

Энергия (W) - количественная мера движения материи.

Внутренная энергия (U) - одна из форм энергии, не зависящая от положения тела в пространстве, характеристик его движения.

Внутренная энергия равна сумме энергий поступательного, вращательного и колебательного движения всех структурных элементов системы.

Переход системы из состояния 1 в состояние 2 связан с изменением внутренней энергии U_1-2=const вне зависимости от пути перехода. То есть изменение внутренней энергии системы не зависит от пути процесса, а определяется лишь исходным и конечным состояниями системы.

Такая функция называется функцией состояния.

Если обратиться к бесконечно малому изменению внутренней энергии системы (dU вместо ), то следует отметить, что dU обладает теми же свойствами, что и . Дифференциалы, обладающие такими свойствами называют полными дифференциалами функций и вычисляются:

если

U = f (V, T), (1.2)

то

, (1.3)

а интеграл по контуру полного дифференциала равен нулю:

. (1.4)

Уравнение (1.4) - одна из форм математического изображения I начала термодинамики.

Не все термодинамические функции являются функциями состояния. К ним относятся функции теплота (q) и работа (А). Количество теплоты, выделяемое или поглощаемое системой и количество работы, совершенной системой либо над системой зависят не только от характеристик исходного и конечного состояния системы, но и от того, как происходил переход от одного состояния к другому.

Теплота (q) и работа (А) - формы (способы) передачи энергии от одной системы (части системы) к другой. Бесконечно малые значения теплоты и работы обозначаются соответственно через и , т. к. знак дифференциала в этих случаях не применяется.

Энтальпия (Н) - термодинамическая функция, являющаяся функцией состояния как и внутренняя энергия (U). Ее величина определяется из простого соотношения:

Н = U + pV, (1.5)

где р - давление;

V - объем системы.

При рассмотрении процессов, происходящих в изохорических условиях удобно пользоваться внутренней энергией, а при рассмотрении изобарных процессов - энтальпией.

2. Первое начало термодинамики.

Первое начало (первый закон) термодинамики непосредственно связан с законом сохранения энергии, устанавливающим эквивалентность различных ее форм.

Первый закон устанавливает связь между количеством теплоты полученной или излученной системой, количеством произведенной или воспринятой системой работы и изменением внутренней энергии системы.

Для изолированной системы справедливо условие:

U = const, dU = 0. (1.6)

Изменение внутренней энергии (dU 0) может происходить за счет подвода к системе некоторого количества теплоты из окружающей среды или отвода теплоты из системы. Подвод теплоты увеличивает запас внутренней энергии, а отвод наоборот, уменьшает его.

Запас внутренней энергии может изменяться и в результате работы, совершаемой системой или производимой внешними силами над системой: если система работает против внешних сил, то ее внутренняя энергия уменьшается, а если работа совершается внешними силами над системой, то ее внутренняя энергия увеличивается.

Обобщая вышеизложенные позиции, первое начало термодинамики можно представить в виде соотношения:

. (1.7)

Это соотношение - уравнение первого начала термодинамики в интегральной форме записи, читающееся следующим образом: внутренняя энергия системы увеличивается при подводе теплоты к ситеме или совершении работы над системой. Первое начало в дифференциальной форме записи имеет вид:

. (1.8)

Иная форма записи первого начала термодинамики:

, (1.9)

, (1.10)

из которой следует, что теплота, подводимая к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии и на работу, совершаемую системой.

Первый закон термодинамики имеет и такие формулировки:

• разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных, всегда одинаковых соотношениях;

• невозможен вечный двигатель I рода, т. е. Такая вечно действующая машина, которая совершает полезную работу без затрат энергии извне.

3. Применение первого начала к характеристике

идеальных термодинамических процессов.

В термодинамике для иллюстрации различных ее положений широко используется модель, называемая "цилиндром с поршнем". При изменении объема газа совершается работа:

, (1.11)

где р - давление газа под поршнем.

В случае изотермического процесса:

(1.12)

и уравнение первого начала принимает вид:

. (1.13)

Так как в соответствии с законом Джоуля U = f (T), то вся поглощаемая системой теплота расходуется на совершение системой работы.

В случае изохорного процесса dV = 0 и уравнение первого начала выглядит:

, (1.14)

т. е. вся поглощенная системой теплота тратится на приращение внутренней энергии системы.

В случае изобарного процесса (p = const):

,

где U + pV = H,

поэтому окончательно получаем:

, (1.15)

т. е. теплота, подведенная к системе, расходуется на приращение энтальпии системы.

Для случая адиабатического процесса (система изолирована от окружающей среды) и уравнение первого начала запишется в виде:

, (1.16)

т. е. увеличение внутренней энергии происходит за счет работы, совершаемой над системой.

4. Вычисление работы идеальных

термодинамических процессов.

Из определения функции "работа" следует, что она не является функцией состояния и ее величина зависит от того, в каких условиях она совершается.

Изобарический процесс (p = const).

,

где , а .

Тогда

, (1.17)

т. е. работа совершается при увеличении температуры системы.

Изотермический процесс (Т = const).

,

где ,

тогда

. (1.18)

Изобарно-изотермический процесс (Р, Т = const).

,

т. е. в системе с неизменным количеством вещества такой процесс невозможен.

Если n₁ - количество вещества в системе до реакции, а n₂ - количество вещества в системе после реакции, то

, (1.19)

где - изменение количества вещества в системе за счет химической реакции.

Адиабатический процесс.

Адиабатический процесс характеризуется отсутствием энергообмена в форме теплоты с окружающей средой, что определяется математически в виде условия .

В этом случае уравнение первого начала принимает вид:

, (1.20)

где

. (1.21)

Тогда величина работы:

, (1.21)

где С_V - изохорическая теплоемкость системы, которая тем больше, чем сложнее устройство

молекул.

Рис. 1.1. Графическое изображение работы

расширения идеального газа от объема

V₁ до объема V₂ при различных условиях.

Графическая иллюстрация величины работы расширения идеального газа при изменении его объема от V₁ до V₂ при изотермическом, изохорическом, изобарическом и адиабатическом процессах представлена на рис. 1.1.

Из рис. 1.1 очевидно, что наибольшей является работа при Р = const и наименьшей - при . Работа расширения равна нулю, если объем газа не изменяется (V = const). То же самое наблюдается и для работы сжатия с той лишь разницей, что ее величина будет отрицательной.

Глава II. Теплоемкость.

Теплоемкость представляет собой одну из наиболее важных характеристик вещества.

1. Формы выражения теплоемкости.

Из уравнения первого начала после его дифференцирования по температуре следует:

6

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций