Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Начала термодинамики





ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

 

Раздел 1. Термодинамика

 

Термодинамика - феноменологическая теория. Она изучает явления и свойства

макроскопических тел, связанные с превращением энергии и не рассматривает их внутреннее строение. Термодинамика изучает превращение энергии не только в тепловых процессах, но и в электрических, химических, магнитных и других.

Термодинамика как физическая теория построена по методу принципов. В её основе лежат начала.

Основные понятия и законы термодинамики.

Термодинамическая система. Термодинамической системой называется тело или совокупность тел, обменивающихся энергией между собой и с внешними телами. Если обмена с внешними телами нет, то система называется изолированной. Например, можно считать изолированной системой воздух, который находится в аудитории, где закрыты все окна и двери.

Состояние термодинамической системы определяется рядом параметров, например.

температура, давление, объём, плотность, вязкость и т.д. Состояние системы может быть равновесным и неравновесным. Состояние термодинамической системы называется равновесным, если при отсутствии внешних воздействий с течением времени все параметры остаются неизменными. Изолированная термодинамическая система с течением времени всегда приходит в равновесное состояние.

Термодинамическим процессом называется переход термодинамической системы из равновесного состояния в другое равновесное состояние под влиянием внешнего воздействия.

Уравнения, устанавливающие взаимосвязь термодинамических параметров системы, могут быть записаны только для состояния термодинамического равновесия. Графически можно изобразить только равновесное (квазистатическое) состояние и равновесный (квазистатический) процесс.

Идеальный газ -система, характеризуемая внешним параметром (объём) и внутренними параметрами (температура и давление) или идеальный газ - газ, у которого при изотермическом процессе (постоянная температура) давление обратно пропорционально объёму при постоянной массе.

 

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева):

,

где m - масса газа. p, V, T - параметры равновесного состояния, R - универсальная газовая постоянная. R = 8,31 Дж/(моль · К); - молярная масса этого газа.

Частные случаи уравнения представлены в табл. 1 изопроцессов.

Таблица 1

Название процесса Постоянная величина Уравнение
Изотермический Т - const pV = const (закон Бойля – Мариотта)
Изохорный V - const = const (закон Шарля)
Изобарный р - const (закон Гей-Люссака)

 

Температура - внутренний параметр состояния термодинамической системы. Характеризует состояние теплового равновесия системы.

Удельная теплоёмкость вещества - величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1К: с = .

Молярная теплоёмкость - величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К: , где - количество вещества, выражающее число молей.

Удельная теплоёмкость связана с молярной соотношением: Cm = c*µ.

 

Уравнение Майера: Cp = Cv + R,

где Cp - молярная теплоёмкость газа при постоянном давлении, Cv - молярная теплоёмкость газа при постоянном объёме.

 

Число степеней свободы (i) - число независимых координат полностью определяющих положение системы в пространстве. Для одноатомного идеального газа положение молекулы однозначно определяется 3 -мя координатами и число степеней свободы рано 3. Для двухатомного газа число степеней свободы равно 5.

Cv = i*R/2.

Внутренняя энергия - функция состояния системы, однозначно определяемая параметрами состояния. Внутренняя энергия всегда отлична от нуля, даже при температуре абсолютного нуля. Внутренняя энергия пропорциональна температуре

Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. на каждую поступательную и вращательную степень свободы приходится в среднем кинетическая энергия равная kT/2, а на каждую колебательную степень свободы - в среднем энергия, равная kT.

Внутренняя энергия для случая одноатомного идеального газа может быть вычислена по формуле: .

Формулы для вычисления характеристик изолированной термодинамической системы в равновесном состоянии для различных частных случаев представлены в табл. 2.

 

Таблица 2

Параметр Изохорный процесс процесс Изотермический процесс Изобарный процесс Адиабатный процесс
р p - const
V V - const
Т Т = const
Q Q = А’ Q = 0
А А’ = 0 А’ = 0 A’ = p Δ V А ’ = - Δ U

 

Начала термодинамики

Первое начало термодинамики -количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил Q = ∆U + A.

Круговым процессом (циклом) называется процесс, при котором система пройдя через ряд состояний возвращается в исходное.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении. Если, процесс идёт сначала в прямом, а потом в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений.

В ходе нескольких процессов газ может вернуться в первоначальное состояние, т.е. будет совершен цикл. Если процессы равновесные, то они могут быть изображены графически. Пусть цикл состоит из двух изохор и двух изобар. Имеет ли смысл последовательность процессов? Сравним 2 случая (рис. 1):

 

 
 

а) р б) р

Рис. 1
V 1 V 2 V 1 V 2

 
 
 

 


Стрелочки на рис. 2 показывают направление протекания каждого процесса. При изохорных процессах работа не совершается. При изобарных процессах работа равна площади прямоугольника, ограниченного графиком процесса и изохорами. Анализировать графики помогает табл. 3.

 

Таблица 3

 

График (рис. 2, а) График (рис. 2, б) Участок графика
Изохора:   Т увеличивается (Δ Т > 0)). Подводится количество теплоты (Q > 0): Δ U = Q, A = 0   Изобара: Δ Т > 0, Q > 0, А ' > 0 газ совершает работу   Изохора: Δ Т < 0, Q < 0 (выделяется) Δ U = Q, Δ U < 0, А = 0   Изобара: Δ Т < 0, Q < 0, А > 0 над газом совершается работа Изобара:   Δ Т > 0, Q > 0, А ' > 0 газ совершает работу     Изохора: Δ Т > 0, Q > 0, Δ U = Q, А = 0     Изобара: Δ Т < 0, Q < 0, А > 0 над газом совершается работа   Изохора: Δ Т < 0, Q < 0, Δ U = Q, А = 0     1-2   2-3   3-4   4-1    
По графику | A | < | A ’| По графику | A | > | A ’|  
За цикл газ совершает работу A ’ = (p 2 - p 1) (V 2 - V 1) За цикл над газом совершается работа A = (p 2 - p 1) (V 2 - V 1)    

Приведённым количеством теплоты называется отношение количества теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе к температуре T теплоотдающего тела.

Энтропией S называется функция состояние, дифференциалом которой является отношение σQ / T.

Для обратимых процессов ∆S = 0

Для необратимых процессов ∆S > 0

Энтропия замкнутой системы может либо возрастать, либо оставаться постоянной.

Неравенство Клаузиуса ∆ S ≥ 0.

 

Термодинамическая вероятность состояния системы W - число способов, которыми может быть реализовано данное состояние макроскопической системы.

S = k ln W,

где k – постоянная Больцмана.

 

Второе начало термодинамики - любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Третье начало термодинамики (теорема Нернста - Планка) – энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина.

limS = 0

T→ 0

 

Date: 2015-05-09; view: 1179; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию