40. Основы термодинамики. Законы термодинамики (основной урок)

Тепловое движение – <\/strong>хаотическое движение атомов и молекул.<\/p><\/blockquote>

Внутренняя энергия <\/strong>равна сумме кинетических энергий хаотического движения всех молекул (или атомов) и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул.<\/p>

Внутренняя энергия изменяется при:<\/p>

- теплопередаче;<\/p>

- совершении работы над телом или самим телом.<\/p>

Пример: при трении пробирки выделяется тепло, и разогретый газ вытесняет пробку. Внутренняя энергия газа в пробирке увеличилась при выполнении работы силой трения.<\/em><\/p>

Внутренняя энергия идеального газа <\/strong>обуславливается только кинетической энергией движения молекул; потенциальной энергией их взаимодействия можно пренебречь.<\/p>

<\/div>, где i – число степеней свободы движения молекулы.<\/p>

Числом степеней свободы<\/strong> называют число независимых величин, с помощью которых может быть задано положение тела или частички. Для одноатомного газа

<\/div> (атом движется в трех направлениях), двухатомного –

<\/div> (молекула движется в трех направлениях и вращается вокруг двух осей), трех и более –

<\/div> (по сравнению с двухатомным газом учитывается вращательное движение в трех плоскостях).<\/p>

Пример: газ аргон (<\/em>Ar) – одноатомный газ. Его внутренняя энергия определяется по формуле <\/em>

<\/div>. Кислород (<\/em>

<\/div>) – двухатомный газ, его внутренняя энергия равна <\/em>

<\/div>.<\/em><\/p>

Работу в термодинамике может совершать только газ, который изменяет свой объем. Работа идеального газа при изобарном процессе: <\/strong>

<\/div>.<\/p>

Работа идеального газа при изотермическом процессе: <\/strong>

<\/div>.<\/p>

Геометрическое пояснение работы газа<\/strong><\/p>

Работа газа численно равна площади фигуры, которая ограничена графиком зависимости p от V, осью V и ординатами начального и конечного состояния.<\/p>

<\/div><\/p>

Та часть энергии, которую тело теряет или получает при теплопередаче, называется количеством теплоты (<\/strong>Q).<\/strong><\/p><\/blockquote>

<\/div><\/p>

Чаще всего, если тело принимает теплоту, она считается положительной, а если отдает – отрицательной.<\/p>

При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую: часть внутренней энергии горячего тела передается холодному; теплообмен прекращается при уравнивании их температур. Теплообмен в замкнутой системе описывается уравнением теплового баланса:<\/strong><\/p>

<\/div><\/p>

<\/div><\/p>

Основной закон, который работает в термодинамике, – это закон сохранения энергии.<\/p>

Закон сохранения энергии гласит<\/strong>: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает бесследно; количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.<\/strong><\/p>

Первый закон термодинамики<\/strong><\/p>

Если при переходе системы из одного состояния в другое ее внутренняя энергия изменяется от некоторого начального значения

<\/div> <\/sub>до конечного

<\/div>, то изменение внутренней энергии ΔU равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

<\/div>.<\/p>

Если система сама совершает работу

<\/div> над внешними телами, то первый закон термодинамики <\/strong>формулируется так: при переходе системы из одного состояния в другое количество теплоты Q, переданное системе, затрачивается на изменение внутренней энергии системы

<\/div> и выполнение газом работы А.<\/p>

<\/div><\/p>

Одна из формулировок второго закона термодинамики:<\/strong> невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.<\/p>

Изохорный процесс (<\/strong>V = <\/strong>const).<\/strong><\/p>

В соответствии с первым законом термодинамики

<\/div>.<\/p>

Пример: процесс в газонаполненной электрической лампе при ее включении – внутри лампы увеличивается температура<\/em>, при э<\/em>том механическую работу лампа не выполняет.<\/em><\/p>

Изобарный процесс (<\/strong>p = <\/strong>const).<\/strong><\/p>

Из первого закона термодинамики ΔU = Q +

<\/div> или ΔU = Q – pΔV.<\/p>

Иногда последнее выражение записывают в виде Q = ΔU + pΔV = ΔU + A.<\/p>

Изотермический процесс (<\/strong>T = <\/strong>const).<\/strong><\/p>

В изотермическом процессе внутренняя энергия идеального газа не меняется, поскольку она пропорциональна температуре. Поэтому из первого закона термодинамики (ΔU = Q+

<\/div> или ΔU = Q – A) следует Q =

<\/div>.<\/p>

Если в изотермическом процессе газ получает тепло (Q > 0), то он совершает положительную работу. Если же газ отдает тепло внешней среде (менее нагретой), то Q < 0 и работа газа отрицательна.<\/p>

 <\/p>

Ссылки на ресурсы Интернетурока<\/strong><\/p>

1. Внутренняя энергия и работа в термодинамике<\/a><\/li>
2. Количество теплоты. Удельная теплоемкость<\/a><\/li>
3. Первый закон термодинамики<\/a><\/li>
4. Первый закон термодинамики. Необратимость тепловых процессов<\/a><\/li><\/ol>

    <\/p>

   Ссылки на сторонние ресурсы<\/strong><\/p>

   1. School-collection.edu.ru (Источник<\/a>).<\/li>
   2. Physchem.chimfak.rsu.ru (Источник<\/a>).<\/li>
   3. Physchem.chimfak.rsu.ru (Источник<\/a>).<\/li><\/ol>"