Основы термодинамики

Содержание

Слайд 2

Термодинамика рассматривает тепловые процессы, не учитывая молекулярное строение тел. Состояние тел

Термодинамика рассматривает тепловые процессы, не учитывая молекулярное строение тел. Состояние тел

в термодинамике описывается через макроскопические параметры (давление, объем, температура).
Слайд 3

Внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех частиц тела

Внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех частиц тела

и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом.
Слайд 4

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа: Внутренняя энергия идеального двухатомного газа: В

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:

Внутренняя энергия идеального двухатомного газа:

В случае идеального

газа внутренняя энергия учитывает только кинетическую энергию движения частиц.
Слайд 5

Внутренняя энергия идеального газа определяется числом степеней свободы молекулы: на каждую

Внутренняя энергия идеального газа определяется числом степеней свободы молекулы: на каждую

степень свободы приходится энергия, равная kT/2.

- здесь i – число степеней свободы.

Слайд 6

При изменении объема газа (при постоянном давлении) совершается работа: При расширении

При изменении объема газа (при постоянном давлении) совершается работа:

При расширении газ

совершает работу (A>0); при сжатии внешние силы совершают работу над газом (A<0).

Совершение работы приводит к изменению внутренней энергии газа:

Слайд 7

Геометрически работа газа в том или ином процессе может быть определена

Геометрически работа газа в том или ином процессе может быть определена

как площадь фигуры, ограниченной графиком процесса на осях (p,V).
Слайд 8

Изменение внутренней энергии возможно при теплообмене. Мера изменения внутренней энергии при

Изменение внутренней энергии возможно при теплообмене. Мера изменения внутренней энергии при

теплообмене – количество теплоты.

Здесь c – удельная теплоемкость (количество теплоты, которое необходимо передать для изменения температуры 1 кг вещества на 1 К).

Слайд 9

При фазовых переходах температура не изменяется, и количество теплоты определяется только

При фазовых переходах температура не изменяется, и количество теплоты определяется только

массой тела.

r – удельная теплота парообразования / конденсации;
λ – удельная теплота плавления / кристаллизации.

Слайд 10

Первый закон термодинамики: Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из

Первый закон термодинамики:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного

состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Если совершает работу газ:

Слайд 11

Изохорный (V = const): 2) Изотермический (T = const): 3) Изобарный

Изохорный (V = const):
2) Изотермический (T = const):
3) Изобарный (p =

const):
4) Адиабатный (Q = 0):

Изопроцессы:

Слайд 12

Второй закон термодинамики: Невозможно перевести тепло от более холодной системы к

Второй закон термодинамики:

Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более

горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах.

Второй закон термодинамики указывает направление протекания процессов в природе, а также на их необратимость.

Слайд 13

Тепловые двигатели Тепловые двигатели превращают внутреннюю энергию топлива в механическую. Рабочим

Тепловые двигатели

Тепловые двигатели превращают внутреннюю энергию топлива в механическую. Рабочим телом

двигателя является газ, изменяющий свое состояние в циклическом процессе.
В тепловом двигателе происходит передача теплоты от нагревателя рабочему телу (газу). Газ при расширении охлаждается, при этом часть теплоты преобразуется в механическую работу, а часть передается холодильнику.
Слайд 14

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя равен отношению работы к количеству

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя равен отношению работы к количеству

теплоту, полученному от нагревателя:

Здесь A – работа, Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя, Q2 – количество теплоты, переданное холодильнику.

Слайд 15

Альтернативные формулировки законов термодинамики могут быть даны через понятия «вечного двигателя».

Альтернативные формулировки законов термодинамики могут быть даны через понятия «вечного двигателя».
Первый

закон: «вечный двигатель» первого рода невозможен.
Второй закон: «вечный двигатель» второго рода невозможен.
Слайд 16

Реальная тепловая машина не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой

Реальная тепловая машина не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой

машины, работающей по циклу Карно.

Цикл Карно

Слайд 17

Третий закон термодинамики: Невозможно за конечное время довести температуру тела до

Третий закон термодинамики:

Невозможно за конечное время довести температуру тела до абсолютного

нуля.

Чем меньше температура, тем сложнее дальше охладить тело. Можно подойти сколь угодно близко к абсолютному нулю, но строго нулевая температура принципиально недостижима.

Слайд 18

…Один физик с хорошим чувством юмора дал собственные формулировки трех начал

…Один физик с хорошим чувством юмора дал собственные формулировки трех начал

термодинамики:
«Вам не выиграть».
«Вам не сыграть вничью».
«Вам даже сыграть не дадут».