А.Н. Матвеев - Молекулярная физика (1103596), страница 31

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

Текст из файла (страница 31)

Макроскопическое значение и способы измерения р и И не требуют дополнительных пояснений. Что касается температуры, то можно провести все рассуждения о ней из Э 11. Олнако в рамках термодинамического рассмотрения пока не выяснено, что такое идеальный газ. Идеальный газ определяется требованием подчинения закону Бойля — Мариоп.а в следуюгцей формулировке: произведение давлении на объем для фиксированной массы газа зависит только от температуры.

Что такое постоянная степень «нагретости», т. е. постоянная температура, известно. Поэтому совершенно ясно, что значит проверить выполнимость закона Бойля — Мариотта рИ= сопя! при всевозможных температурах, хотя еще сама по себе температура не определена. Следовательно, действительно можно проверить, является ли газ идеальным или нет еще до определения измерения температуры. Если определено, что газ идеальный, то можно постулировать зависимость ругот температуры в виде (10.5). После это~о идеальный газ выбирают в качестве термометрнческого тела, а температуру определяют в соответствии с (10.5), взяв в качестве термометрической величины, например, р.

Именно определенную таким образом величину мы будем называть температурой и обозначать в дальнейшем Т. Уже сейчас почти очевидно, что это та же самая температура Т, которая использовалась в гл. Б Более подробно это будет обосновано в последующем. Таким образом, можно считать также определенным и третий макроскопический параметр Т, которым характеризуется равновесное состояние системы. Процессом называется перехол системы нз одного равновесного состояния в лругое, т.е. от одних значений параметрон р,, Ры Т, к пру~им рх, Ры Тх.

Существенным в этом определении является требование, чтобы конечное и начальное состояния были равновесными. Неравновесные процессы. Пусть, например, надо перейти в состояние с лругим объемом. Ясно, что если это сделать не очень медленно, то постоянство давления ° У равновесного процесса все промежуточные состояния равновесные, а у неравновесного в чнспе промежуточных состояннй мнеьотся неравновесные. Равновесные процессы обратмны, неравновесмые — необра- тины.

бесконечно нелленный процесс не обязательно явля- ется равновеснын м обратмнын. 9 А. Н. Матвеев — Ы88 130 2. Термолинамичсский метод по объему нарушится и нарушится также постоянство температуры. Нельзя будет вообще говорить о каких-либо опрелеленных давлении и температуре, поскольку они во всех точках будут различными.

Больше того, распределение давления и температуры по объему зависит не только от начального и конечного объемов, но и от способа, которым этот переход осуществляется. Таким образом, промежуточные состояния при таком пропессе являются неравновесными. Такой процесс называется неравновесным. Равновесные процессы. Можно осуществить переход другим способом — бесконечно мелленно. После каждого бесконечно малого изменения параметров слелующее изменение не произволится ло тех пор, пока система не прилет в равновесное состояние, котла все макроскопические параметры примут во всей системе постоянные значения.

После этого совершается следующий шаг и т. л. Таким обраюм, весь ропесс состоит нз последовательности равновесных состояний. Такой процесс называется равновесным Его можно изображать на диаграммах в виде непрерывных кривых. В уравнении состояния идеальных газов рУ, = Я7 любые из двух параметров могут считаться независимыми параметрами, харак|сризуюшими процесс. Например, некоторый процесс перехода от состояния рм У, в состояние р, У показан на рнс.

25. Температура в каждой точке процесса однозначно определяется уравнением состояния. Обратимые и необратимые процессы. Обратимым называется процесс, лля которого возможен обра~ный переход нз конечного состояния в начальное через те же промежуточные состояния, чго и в прямом процессе.

Необратимым называется процесс, котла обратный перехол через те же промежуточные состояния невозможен. Очевидно, что неравновесный процесс в принципе не может быть обратимым; он всегда необратим. С лругой стороны, равновесный процесс является все|да обратимым.

Олнако не слелует думать, что понятие обратимого процесса равнозначно понятию бесконечно мелленного процесса. Можно указать бесконечно мелленные необратимые процессы, например пластическая деформация твердых тел может происходить бесконечно медленно и тем не менее не является обратимым процессом. В послелуюшем будут главным образом рассматриваться обратимые процессы, если ~олько не оговорено противное. Возвратимся к примеру (14.2) изотермического расширения газа. После юго, как газ расширился от ~;, ло У, дальнейшее сбрасывание песчинок с поршня прекра- ° Изменение состояния систены всегда связано с переяодон в нераяновесные состояния. Удаление от неравновесного состояния тен значительнее, чем быстрее изменение. Возврамзение в равновесное сестояние требует некоторого вренеми.

Паттону, производя изменения состояния системы достаточно медленно,ны, с одной сторомы,не буден уводить систену далеко от равновесного состояния, а с другой стороны, додин системе в каждан промежуточнои состоянии достаточно вренени для возвращении к равновеснону состояни~о. В результате система проводит последояатель- 1!6. Обратамыс н необратимые процессы 131 25 25. Изображение равновесного процесса ° ность равновесным состояний. Неправильно дунать, что ято утверждение приближенное, что сметена проводит последовательность лищь почти равновесны», мо не точно равновесмык состояний. Дело в тон. что сана равновесное состояние осуществляется посредствон флуктуаций червя неравновесные состояния.

Поятону если епочти равновесные состоянияв при перекоде отличаготся от равновеснык неныце, чен флуктуационные, и» следует рассматривать как просто равновесные состояния. Прн достаточной недлеиностн процесса етого всегда ножмо добиться. Шается. Газ прошел последовательность состояний, в каждом нз которых его давление и объем имели определенные значения, а температура была постоянна. В результате работы, совершенной газом, был вытеснен атмосферный воздух из того объема, который теперь стал занимать газ, находящийся в цилиндре, и поршень с песком был поднят на определенную высоту.

Сброгпенгняе по мере подъема поршня песчинки находятся на различных высотах. Теперь будем перемещать песчинки, сброшенные с поршня при подъеме, на поршень на той же высоте, на которой они были сброшены. В результате масса поршня и песчинок увеличивается, давление на газ увеличивается и газ начинает сжиматься, его объем уменьшается.

Весь процесс идет в обратном направлении, температура поддерживается постоянной благодаря тепло- обмену с окружающей средой. При каждом положении поршня давление ~ аза в цилиндре такое же, как и в процессе, когда газ расширялся. Поэтому прн уменыпении объема газ в цилиндре проходит в обратном порядке все те состояния, которые он проходил при расширении.

Когда газ сжат до объема Ко, на поршне нахолятся все песчинки, которые были сброшены, а масса поршня с песчинками равна гл(хо) = жс. Вся система вернулась в исхолное состояние. Расширение и сжатие газа происходило обратимо. Необратимое расширение газа можно осуществить, например, быстрым сбрасыванием всего песка в нижнем положении поршня, считая массу поршня без песка достаточно малой. При этом условии поршень движется вверх с большим ускорением, а объем газа соответствующим образом увеличивается.

Прн этом температура не только не является постоянной, но и имеет различное значение в различных частях объема цилиндра. Давление газа также имеет различное значение в различных частях объема цилиндра. Лишь объем газа имеет определенное 132 2. 7срьзодззззаьзичсскнй метод числовое значение. Состояние газа в цилиндре не может быть охарактеризовано какими-то значениями р и Т. Поэтому процесс не может быть изображен в виде линии, как это делается в обратимых процессах. Теплоемкость э 17 Ркссмктривкюп:я тспкосмкость при оостояиком дквлснин и при пошояиком объеме и соотношение между ними для идеального газа.

Описывается ркскождсиие рсзультктов зсорки и зкслсркмсзпя Дается качественное объяснение зкзисимости теплосмкссти от температуры. Опредеденне. При сообщении системе теплоты бД ее температура изменяется на 6Т. Величина (17.1) С = Щ)г)Т называется теплоемкостью. Теплоемкость измеряется количеством теплоты, затрачиваемым для повьпнения температуры тела на один кельвин. Теплоемкосзь зависит, очевидно, от массы тела. Теплоемкость, отнесенная к массе тела, называется удельной. Наиболее улобно брать один моль молекул вещества. Теплоемкость моля молекул вещества называется молярной.

Обычно, если не оговорено противное, под теплоемкостью понимается именно люлярная теплоемкость. Теплоемкость зависит от условий, в которых телу сообщается теплота и изменяется его температура Например, если газу сообзцается количество теплоты БД и при этом газ расширяется, совершая работу, то его температура поднимается меньше, чем если бы при сообщении теплоты ЬД газ не расширился. Поэтому его теплоемкость при расширении в соответствии с формулой (17.1) должна быть больше. Это показывает, что выражение (17.1) не является определенным и может быть равным любому значению. Для придания теплоемкости (17.1) определенного значения необходимо указать условия, о которых идет речь.

Эти условия обозначаются в виде индексов у величин, входящих в (17.1). Поиязие о зсплоемкостн постепенно входило в науку в течение ХЧШ в. Уже Г. В. Рихман (!711 — 1753) в 1744 г. установил формулу для земпсратуры смеси веществ. В последующем ° З Теплоенкость в общем случае не характеризует свойства тела.Она является характеристикой как тела,так и условий„ лрм которых происходит его магревание. Поэтому ома не имеет определенного числового значения. Однако если фиксировать условия нагревания тела, то теплоенкость становится карактеристикой свойств тела, приобретает определенное числовое значение.

Характеристики

Список файлов книги