Скачати 88.91 Kb.
|
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:
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.![]() 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: ![]() 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:![]() Якщо після проходження проміжних станів система повертається у початковий стан, то: ![]() ^ Обмін енерґією між термодинамічною системою і зовнішніми тілами може відбуватися двома способами:
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 = ![]() Звичайно цей закон записують для безмежно малих величин: ![]() ![]() Відмінність у позначеннях величин пов’язана з тим, що dU означає зміну внутрішньої енергії, а ![]() ![]() ![]() Перший закон термодинаміки запишемо у вигляді: ![]() Застосуємо перший закон термодинаміки до ізопроцесів в ідеальних газах:
Якщо V =const, то dV = 0, отже ![]() ![]() При ізохорному процесі вся теплота, надана системі, йде на збільшення внутрішньої енерґії системи.
Якщо T = const , то з (7.2) U = const і dU = 0 отже: ![]() ![]() 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: ![]() Якщо система розширюється ( V2V1), то А0 ; при стиску системи (V2V1) A0.
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 , ![]() При стиску системи (V2V1) A0. 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 ^ 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,: ![]() Кількість теплоти, що йде на нагрівання при безмежно малій зміні температури : ![]() Теплоємність газу суттєво залежить від умов, при яких він нагрівається. Молярна теплоємність ідеального газу при сталому об’ємі СV : Згідно з (7,7) : ![]() ![]() ![]() Згідно з (7,2) : ![]() Прирівнявши праві частини (7,14) і (7,15) одержимо: ![]() Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску СP : Перший закон термодинаміки, записаний для одного моля, має вигляд: ![]() Врахувавши, що на основі (7,15) і (7,16) : ![]() і що з рівняння (7,1), записаного також для одного моля і продиференційованого по параметру T при p = const, маємо: ![]() Рівняння (7,17) перепишемо у вигляді: ![]() Але згідно з (7.13) ![]() Тому на основі (7.20) і (7.21) запишемо: ![]() 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. ^ Використавши (7.16) і (7.22), запишемо вираз для СP : ![]() ^ Процес називається адіабатним, якщо він відбувається без теплообміну системи із зовнішніми тілами, тобто ![]() ![]() 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: ![]() де γ ![]() З рівнянь (7.16) і (7.23) випливає, що γ ![]()
Робота газу при адіабатному розширенні: ![]() Виразивши ![]() вираз (7.26) можна перетворити до вигляду: ![]() ^ 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: ^ Зведеною теплотою називається відношення кількості теплоти ^ , яку отримує система, до температури Т системи. Ентропія це така термодинамічна функція, диференціал якої для елементарного оборотного процесу дорівнює елементарній зведеній теплоті: ![]() Зміна ентропії при переході системи із стану 1 в стан 2 визначається як: ![]() Зміна ентропії при нагріванні тіла масою М , що має сталу питому теплоємність с : ![]() Зміна ентропії при плавленні речовини: ![]() де ![]() Тпл температура плавлення. Ентропія може служити мірою необоротності термодинамічних процесів. Всі процеси в замкненій системі ведуть до збільшення ентропії. ![]() ![]() Знак рівності відповідає оборотним процесам, знак нерівності – необоротним, а принцип зростання ентропії – це ще одне формулювання другого закону термодинаміки |
![]() | Перелік питань до іспиту з фізичної і колоїдної хімії Предмет хімічної термодинаміки. Основні положення хімічної термодинаміки. Основні поняття термодинаміки: система, процес, термодинамічні... | ![]() | Питання до контрольної роботи з мкт та термодинаміки Основні положення молекулярно-кінетичної теорії. Статистична фізика І термодинаміка |
![]() | Питання до контрольної роботи з мкт та термодинаміки Основні положення молекулярно-кінетичної теорії. Статистична фізика І термодинаміка | ![]() | Назва модуля: Технічна термодинаміка Код модуля: ттес 6038 С01 Параметри вологого повітря. Розрахунок параметрів вологого повітря діаграма. Процеси вологого повітря. Цикли холодильних машин. Методи... |
![]() | Назва 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 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 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.... | ![]() | Методичні 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... |
![]() | Частина ІІ. Теоретичні основи перетворення І використання енергії Розділяється на загальну, хімічну й технічну. Загальна (фізична) термодинаміка дає поняття про загальні теоретичні основи й закономірності... | ![]() | Перелік 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.... |