Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки

Назва	Розділ термодинаміка основні поняття термодинаміки
Дата	15.09.2012
Розмір	88.91 Kb.
Тип	Документи

Зміст

7.2. Перший закон термодинаміки
С. Питома теплоємність
Універсальна газова стала R чисельно дорівнює роботі, яку виконує один моль ідеального газу при його ізобарному нагріванні на од
7.4. Адіабатний процес
7.5. Другий закон термодинаміки
Теплота самовільно не може переходити від тіла з меншою температурою до тіла з більшою температурою.
Q, яку отримує система, до температури Т

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 С_V :

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 С_P :

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, С_P C_V . 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 С_P :

. (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 ;

Т_пл  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:

	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....

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