ТЕРМОДИНАМИКА

Внутренняя энергия

• Энергия движения частиц

• Энергия взаимодействия

частиц

• Внутримолекулярная

энергия

Внутренняя энергия одного моля идеального газа:

или

Таким образом, внутренняя энергия зависит только от температуры и является функцией состояния

системы независимо от предыстории

,2

3

2

3A RTkTNKNU A

RTU2

3

Внутренняя энергия реальных газов

Многоатомная молекула может ещё и вращаться

i = 3 i = 5 i = 6

Внутренняя энергия реального многоатомного газа

массы m

Внутренняя энергия

В каждом состоянии система обладает определенным и только таким значением

внутренней энергии, поэтому:

TRmi

U Δμ2

Δ

Работа в термодинамике

2

1

dV

V

VPA

При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна

Работа в термодинамике

Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (p, V)

Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное

В результате некоторого процесса газ перешел из состояний 1 в состояние 2.

Вычислить работу сторонних сил

P, кПа

200

100

0 1 2 3 V, м 3

1 2

34

Вычислить работу газа за цикл

Количество теплоты

• С – удельная теплоемкость (Дж/кг К)

• L – удельная теплота парообразования (Дж/кг)

• λ – удельная теплота плавления (Дж/кг)

• q – удельная теплота сгорания топлива (Дж/кг)

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче

Количество теплоты зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние

Q = c m ∆t

Q = L m

Q = λ m

Q = q m

Изменение количества теплоты

• Тело увеличивает• температуру• Плавление• Парообразование• Сгорание топлива

• Тело уменьшает температуру

• Кристаллизация• Конденсация

∆Q>0 ∆Q<0

Адиабатический процесс

Происходит без теплообмена с окружающей

средой

constγ PV

i

i

CC VP

2

/γ

Rim

CV 2μ

.2

2

μR

imCP

Теплоемкость тела

Теплоемкость тела характеризует количество теплоты, необходимое для нагревания этого тела на один градус

.d

d

T

QC

.RCC VP

СV - теплоемкость тела при постоянном объеме

СР - теплоемкость тела при постоянном давлении

Первый закон термодинамики

Количество теплоты, полученное системой, идет на увеличение ее внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил

AUQ Δ

Первый закон термодинамики

- работа системы против внешних сил

- работа внешних сил

A

A' A' = - А

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое

равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от

способа, которым осуществляется этот переход

∆U = Q + A'

Первый закон термодинамики

применительно к изопроцессам

Первый

закон термодина-мики

Количество теплоты

Работа Внутренняя энергия

Изобарный

процесс

Изохорный

процесс

Изотермический

процесс

AUQ Δ

Q = ∆U

Q = А

А = 0

U = 0

TRmi

U Δμ2

Δ

)( 12 VVPA

TRm

A dμ

R ∆T

1

2lnμ V

VRT

mAQ = А

TRmi

U Δμ2

Δ Q

1

2Δ

μ

iTR

mQ TR

miU Δ

μ2Δ

TRmi

U Δμ2

Δ

Второй закон термодинамики

• Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»

• Постулат Томсона: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» 

Тепловые двигатели

«Тепло не что иное, как движущая сила, или, вернее, движение, изменившее свой вид. Это движение частиц

тела. Повсюду, где происходит уничтожение движущей силы,

возникает одновременно теплота в количестве, точно

пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы. Обратно: при исчезновении теплоты всегда возникает

движущая сила» Сади Карно

(1796 – 1832)

Карбюраторный двигательКПД 30%

Дизельный двигательКПД 40%

Вечные

двигатели

Вечный магнитный двигатель

Демон Максвелла

Морис Эшер «Водопад»

Гравюра

Вечные двигатели первого рода

Вечные двигатели первого рода