Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки icon

Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки




Скачати 88.91 Kb.
НазваРозділ термодинаміка основні поняття термодинаміки
Дата15.09.2012
Розмір88.91 Kb.
ТипДокументи


Розділ 7. ТЕРМОДИНАМІКА


7.1. Основні поняття термодинаміки

Термодинаміка вивчає найбільш загальні макроскопічні властивості тіл, що проявляються при перетвореннях одних видів енергії в інші. Надалі тіло чи систему тіл будемо називати термодинамічною системою.

Стан термодинамічної системи задається з допомогою таких величин, як:


  • р – тиск

  • V – об’єм

  • Т – температура

Ці величини називаються термодинамічними параметрами.

В стані термодинамічної рівноваги всі параметри системи не змінюються з часом, а тиск і температура є однаковими в усіх частинах системи. При цьому термодинамічні параметри зв’язані між собою рівнянням, яке називається рівнянням стану. Рівняння стану ідеального газу – це рівняння Менделеєва-Клапейрона.


, (7.1)

де M – маса газу, μ– молярна маса,

R = 8,31 Дж/(моль К) – універсальна газова стала.

Важливим поняттям термодинаміки є поняття внутрішньої енерґії. Внутрішня енерґія U ідеального газу складається лише з середньої кінетичної енерґії молекул газу і залежить від температури газу:

, (7.2)

де і – число ступенів вільності молекули.

Для реальних газів внутрішня енерґія залежить і від інших термодинамічних параметрів. Внутрішня енерґія є функцією стану системи: кожному стану системи відповідає певне значення внутрішньої енерґії. При переході системи зі стану 1 в стан 2 зміна внутрішньої енергії дорівнює:


U = U2  U1 . (7.2а)

Якщо після проходження проміжних станів система повертається у початковий стан, то: U = 0. (7.2б)

^ 7.2. Перший закон термодинаміки


Обмін енерґією між термодинамічною системою і зовнішніми тілами може відбуватися двома способами:

  • шляхом теплообміну ( системі передається кількість теплоти Q)

  • шляхом виконання роботи .

Формулювання першого закону термодинаміки:


Кількість теплоти Q, яка надається системі, витрачається на збільшення внутрішньої енерґії системи ΔU і на виконання роботи А проти зовнішніх сил.


Q =U + A . (7.3)


Звичайно цей закон записують для безмежно малих величин:


Q = dU + A . (7.4)


Відмінність у позначеннях величин пов’язана з тим, що dU означає зміну внутрішньої енергії, а А і Q  лише безмежно малі величини.


A = pdV . (7.5)


Перший закон термодинаміки запишемо у вигляді:


Q = dU + pdV . (7.6)


Застосуємо перший закон термодинаміки до ізопроцесів в ідеальних газах:

  • ізохорний процес ( М,V = const )

Якщо V =const, то dV = 0, отже A = 0 . Тому:

Q = dU . (7.7)

При ізохорному процесі вся теплота, надана системі, йде на збільшення внутрішньої енерґії системи.


  • ізотермічний процес (М, T = const ) pV = const


Якщо T = const , то з (7.2) U = const і dU = 0 отже:

Q = A . (7.8)

При ізотермічному процесі вся теплота, надана системі, йде на виконання системою роботи проти зовнішніх сил. Якщо об’єм системи змінюється від V1 до V2 , то виконана системою робота описується формулою:


. (7.9)


Якщо система розширюється ( V2V1), то А0 ;

при стиску системи (V2V1) A0.

  • ізобарний процес ( М, p = const )

Формулювання першого закону термодинаміки для ізобарного процесу співпадає із загальним формулюванням. Робота, виконана при ізобарному розширенні системи від об’єму V1 до об’єму V2 ,


. (7.10)


При стиску системи (V2V1) A0.


7.3. Теплоємність


Теплоємністю тіла називається фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно надати тілу, щоби нагріти його на один кельвін.

Молярна теплоємність – це теплоємність одного моля речовини. Позначається великою літерою ^ С.

Питома теплоємність – це теплоємність одного кілограма речовини. Позначається малою літерою с.

Зв’язок між молярною і питомою теплоємностями:

С = μc . (7.11)

Кількість теплоти, яка йде на нагрівання тіла масою М,:

. (7.12)

Кількість теплоти, що йде на нагрівання при безмежно малій зміні температури :

. (7.13)

Теплоємність газу суттєво залежить від умов, при яких він нагрівається.

Молярна теплоємність ідеального газу при сталому об’ємі СV :

Згідно з (7,7) :

, а для одного моля :

. (7.14)

Згідно з (7,2) :

. (7.15)

Прирівнявши праві частини (7,14) і (7,15) одержимо:

. (7.16)

Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску СP :

Перший закон термодинаміки, записаний для одного моля, має вигляд:

. (7.17)

Врахувавши, що на основі (7,15) і (7,16) :

(7.18)

і що з рівняння (7,1), записаного також для одного моля і продиференційованого по параметру T при p = const, маємо:

. (7.19)

Рівняння (7,17) перепишемо у вигляді:

. (7.20)

Але згідно з (7.13) (7.21)

Тому на основі (7.20) і (7.21) запишемо:

. (7.22)

Одержане співідношення називається рівнянням Майєра.

Як бачимо, СP  CV . Це пов’язано з тим, що при ізобарному процесі газ не тільки нагрівається, але й виконує роботу.


^ Універсальна газова стала R чисельно дорівнює роботі, яку виконує один моль ідеального газу при його ізобарному нагріванні на один кельвін.


Використавши (7.16) і (7.22), запишемо вираз для СP :

. (7.23)

^ 7.4. Адіабатний процес


Процес називається адіабатним, якщо він відбувається без теплообміну системи із зовнішніми тілами, тобто . Перший закон термодинаміки, застосований до адіабатного процесу, має вигляд:

А =  dU або pdV =  dU , (7.24)

звідки випливає, що газ виконує роботу тільки за рахунок внутрішньої енерґії, і адіабатне розширення (dV  0) супроводжу –

ється охолодженням газу, а адіабатний стиск (dV  0) – його нагріванням.

Зв’язок між тиском і об’ємом при адіабатному процесі описується рівнянням Пуассона:

, (7.25)

де γ називається показником адіабати, або коефіцієнтом Пуассона.


З рівнянь (7.16) і (7.23) випливає, що

γ (7.26)

  • для одноатомного газу і = 3 , γ = 1,67

  • для двоатомного газу і = 5 , γ = 1,40

  • для три-і багатоатомного газу і = 6 , γ = 1,33

Робота газу при адіабатному розширенні:

. (7.27)

Виразивши

, (7.28)

вираз (7.26) можна перетворити до вигляду:

. (7.29)


^ 7.5. Другий закон термодинаміки


Термодинамічний процес називається оборотним, якщо він може проходити як в прямому, так і в зворотному напрямку, причому якщо такий процес проходить спочатку в прямому, а потім у зворотному напрямках і система повертається в початковий стан, то в навколишньому середовищі і в цій системи не залишається жодних змін.

Якщо процес не задовольняє ці умови, то він необоротний. Всі реальні термодинамічні процеси необоротні. Ця властивість реальних процесів відображена у формулюванні другого закону термодинаміки. Одне з формулювань другого закону таке:


^ Теплота самовільно не може переходити від тіла з меншою температурою до тіла з більшою температурою.


Зведеною теплотою називається відношення кількості теплоти ^ Q, яку отримує система, до температури Т системи.

Ентропія  це така термодинамічна функція, диференціал якої для елементарного оборотного процесу дорівнює елементарній зведеній теплоті:

. (7.29)


Зміна ентропії при переході системи із стану 1 в стан 2 визначається як:


. (7.30)

Зміна ентропії при нагріванні тіла масою М , що має сталу питому теплоємність с :

. (7.31)

Зміна ентропії при плавленні речовини:

. (7.32)

де  питома теплота плавлення ;

Тпл  температура плавлення.

Ентропія може служити мірою необоротності термодинамічних процесів.


Всі процеси в замкненій системі ведуть до збільшення ентропії.


S = S2 – S1 0.


Знак рівності відповідає оборотним процесам, знак нерівності – необоротним, а принцип зростання ентропії – це ще одне формулювання другого закону термодинаміки


Схожі:

Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconПерелік питань до іспиту з фізичної і колоїдної хімії
Предмет хімічної термодинаміки. Основні положення хімічної термодинаміки. Основні поняття термодинаміки: система, процес, термодинамічні...
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconПитання до контрольної роботи з мкт та термодинаміки
Основні положення молекулярно-кінетичної теорії. Статистична фізика І термодинаміка
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconПитання до контрольної роботи з мкт та термодинаміки
Основні положення молекулярно-кінетичної теорії. Статистична фізика І термодинаміка
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconНазва модуля: Технічна термодинаміка Код модуля: ттес 6038 С01
Параметри вологого повітря. Розрахунок параметрів вологого повітря діаграма. Процеси вологого повітря. Цикли холодильних машин. Методи...
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconНазва модуля: Термодинаміка І теплові процеси при зварюванні. Код модуля: ттес 6076 С01
Робоче тіло параметри стану робочих тіл, закони ідеальних газів. Газові суміші, способи задання газових сумішей. Теплоємність газу....
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconРозділ 1 Загальні відомості про моделювання 1 Основні поняття моделювання
Все, що може створити людина, охоплює поняття панкреатика, яка передбачає одержання інформації та її використання з певною метою....
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconРозділ 1 Загальні відомості про моделювання 1 Основні поняття моделювання
Все, що може створити людина, охоплює поняття панкреатика, яка передбачає одержання інформації та її використання з певною метою....
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Фізика" розділ механіка, термодинаміка для студентів технічних спеціальностей заочної форми навчання
Методичні вказівки до практичних занять з дисциплини “Фізика” розділ механіка, термодинаміка для студентів заочної форми навчання...
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconЧастина ІІ. Теоретичні основи перетворення І використання енергії
Розділяється на загальну, хімічну й технічну. Загальна (фізична) термодинаміка дає поняття про загальні теоретичні основи й закономірності...
Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності «Хімічні технології неорганічних речовин»
Основні поняття хіміко-технологічного процесу. Стехіометричні розрахунки. Раціональність технологічного процесу І критерії його завершеності....
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи