Феноменологическая термодинамика Энтропия и ее статистический смысл. Критическая изотерма. Эффект Джоуля-Томсона. (Лекция 12)

распределения энергии по степеням свободы.
Первое начало термодинамики.
Теплоемкость. Уравнение Майера. Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга-Пти.
Адиабатический процесс, политропический процесс и его частные случаи, обратимые и необратимые процессы.
Преобразование теплоты в механическую работу. Цикл Карно и его коэффициент полезного действия.

нельзя однозначно сказать.

i = 3 Cv = (i/2)R
Теплоемкость одноатомного газа
при повышении температуры не изменяется.
б)

хаотичности.
Второе начало термодинамики. Теорема Нернста.
Фазовые превращения.
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
Реальные газы.
Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Критическая изотерма. Эффект Джоуля-Томсона.

нагретому – выравнивание температур.

Тепловое равновесие двух тел:
невозможность протекания таких процессов,
при которых температура одного из двух тел,
стала бы больше или меньше, чем у другого тела.

Бесконечно долгое существование тел с одинаковыми температурами (равновесное состояние).

Замкнутая система из двух тел с разной температурой.

молекул
– переход от неравновесного к равновесному состоянию.

Невозможность самопроизвольной
концентрации молекул в одном месте.

изолированной системы перейти
в состояние с минимумом энергии,
состояние хаоса, беспорядка.

совокупности микросостояний системы, описываемое
с использованием макроскопических переменных
(давление, плотность, температура).

Микросостояние системы – конкретная конфигурация составных частей системы (распределение молекул в объеме газа в фиксированный момент времени).

Определенная связь между макросостоянием и
возможными микростояниями замкнутой системы.

системе.

Эксперимент:
вероятность реализации макросостояний, ассоциированных с менее упорядоченными микросостояниями, намного больше, чем таковых, ассоциированных с более упорядоченными микросостояниями.

из которых соответствует некоторое микроскопическое состояние системы.

Статистический вес Ω макросостояния –
число различных микросостояний,
посредством которых осуществляется данное макросостояние.

Неудобство использования понятия «статистический вес»:
слишком большие величины,
неаддитивность (невозможность суммирования статистических весов, их перемножают).

либо по достижении максимального значения
оставаться постоянной (не может убывать).

Функция S = k ln Ω - энтропия системы
(k – постоянная Больцмана).

Энтропия как количественная мера хаотичности

Энтропия – функция состояния системы.

= const.

Необратимый процесс:
рост энтропии → dS > 0.

Т – температура теплового резервуара,
от которого система получает энергию.

способов.

Энтропия – мера степени беспорядка в системе.

Беспорядочное или случайное состояние –
состояние, осуществляемое многими способами.

Статистический вес состояния при Т = 0 равен нулю.

Теорема Нернста: энтропия любого тела стремится
к нулю при стремлении температуры к нулю (Нернст):

природе.

диаграмма (диаграмма состояния) –
графическое отображение равновесного состояния системы в тех или иных термодинамических координатах.

перехода вещества из одной фазы в другую
(испарение, плавление, сублимация, полиморфное превращение и др.).

изотермы фазовому переходу.

Нахождение всего вещества
в одной фазе слева и в другой фазе справа от этого участка.

Двухфазное состояние вещества в пределах участка.

разности температур:

1→ 2: сообщение теплоты и перевод
тела из фазы А в фазу В

3→4: отведение теплоты и
перевод тела в фазу А

4→1: адиабатический нагрев

из двух равновесно сосуществующих фаз (например, жидкости и пара).

поправок и получения уравнения состояния для широкого интервала плотностей газа.

стенки сосуда),

a и b – константы Ван-дер-Ваальса, имеющие для разных газов различные значения, определяемые опытным путем.

Ван-дер-Ваальсовского газа

Решение уравнения 3-й степени по V –
один или три вещественных корня.

Соответствие каждому корню точки на плоскости (V, p),
в которой изобара p = const пересекает изотерму.

опускающаяся кривая MN).

Более низкие температуры и надлежащие давления:
три точки пересечения - L, C, G
(волнообразный участок LBCAG).

вниз)
на критической изотерме FKH -
три корня равны между собой.

pк, Vк, Tк – критические давление, объем и температура.

Точка K – вещество в критическом состоянии.

VP
на однофазную и двухфазную области.

Соответствие области выше кривой АLKG –
однофазным, физически однородным состояниям.

Соответствие области ниже кривой АLKG –
двухфазной, физически неоднородной области,
состоящей из жидкости и ее насыщенного пара.

газа в жидкость (кривая 1GML ),

изотермическое сжатие жидкости (кривая L2).

Фазовое превращение газа в жидкость через двухфазную область:

критической изотермы,

изобарическое охлаждение (прямая 32) ниже критической изотермы,

Непрерывный переход физически однородного вещества из газообразного состояния в жидкое.

Фазовое превращение газа через однофазную область:

шелка

Эффект Джоуля-Томсона –
изменение температуры газа при течении через пробку.

цилиндрическая трубка,
окруженная теплоизолирующим
материалом

давлений p1 и p2.

Стационарный процесс –
отсутствие теплообмена между пробкой и газом.

Термодинамически равновесные состояния газа
по обе стороны от пробки в любой момент времени.

Наличие тепловой защиты (стенки трубки) –
адиабатический процесс течения газа.

пробку,

V2 – объем пространства A'B'N'M', занимаемый газом после прохождения через пробку.

S – площадь поперечного сечения трубки,

границы АВ в положение MN.

p2·S·M'A' = p2V2 – работа, совершаемая газом, по перемещении границы M'N' в положение A'B'.

А = p2V2 - p1V1 – полная работа, совершенная газом.

системы:

U2 – U1 + A = 0,

U2 – U1 – изменение внутренней энергии газа.

Отсутствие теплообмена между газом и окружающей средой – адиабатический процесс.

системой.

U2 – U1 + A = 0

U1 + p1V1 = U2 + p2V2.

I = U + pV – энтальпия газа.

В процессе Джоуля-Томпсона энтальпия I газа не меняется.

Джоуля-Томпсона:
тем меньшее изменение температуры газа при прохождении через пробку, чем ближе он к идеальному.