Термодинамика (лекция 13)

1.

Термодинамика
Термодинамика – это учение о связи и взаимопревращениях различных
видов энергии, теплоты и работы.
Термодинамика не изучает явлений, происходящих с отдельными
молекулами, ее законы не могут быть применены к малым объемам,
включающим малое число молекул, к которым также не могут применены
статистические закономерности.
Термодинамика изучает равновесные состояния и процессы, происходящие
в системах (газах, жидкостях, твердых телах), характеризуя их
макропараметрами.
Термодинамика дает макроскопическое описание системы.

2.

Нулевое начало термодинамики позволяет на основе представления о
контактном термическом равновесии ввести некоторую функцию состояния системы,
обладающую свойствами эмпирической температуры, то есть создавать приборы для
измерения температуры.
Равенство эмпирических температур, измеренных с помощью такого прибора —
термометра, есть условие термического равновесия систем (или частей одной и той же
системы).

3.

Основные понятия и законы
Внутренняя энергия системы U включает все виды энергии, кроме
энергии системы как целого.
Внутренняя энергия идеального газа.
Энергия поступательного движения молекулы:
3
E kT
2
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
3
3m
3m
U NkT
N AkT
RT
2
2M
2M
Теорема Больцмана: на каждую степень свободы молекулы приходится
энергия, равная E1ст.св.
1
kT
2
Число степеней свободы –i, средняя энергия молекулы -
Внутренняя энергия идеального газа
i m
U
RT
2M
i
E kT
2

4.

Число степеней свободы – число координат, которым может быть определено
положение тела в пространстве.
Одноатомный газ – i= 3
Молекулы газа состоят из двух атомов – i = 5
Молекулы газа состоят из трех и более атомов – i = 6.
Жесткие молекулы, нет колебаний.
Внутренняя энергия для реального газа
i
a 2
U сV T
2
V

5.

Количество
теплоты
или
просто
теплота,
Q,определяется
энергией,
получаемой или отдаваемой системой в процессе теплопередачи.
Существуют три типа теплопередачи: 1) теплопроводность; 2) конвекция и 3)
излучение.
1)Теплопроводность можно представить как результат столкновения молекул.
2) Конвекция – процесс передачи тепла за счет перемещения слоев газа или
жидкости из одной области в другую.
3) Более нагретые тела излучают энергию большую, чем менее нагретые. Таким
образом, энергия может передаваться излучением, например, энергия переносится
от Солнца к Земле.
Q = cm T,
где с – удельная теплоемкость.

6.

Работа газа. Если газ находится под поршнем массой m с площадью
сечения S, то давление газа определяется атмосферным давлением и
давлением поршня:
р = ратм + mg/S.
A '= Fд x = рS x
A' = р(V2 – V1).