Физическая термодинамика (Т/Д)

1. ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА (Т/Д)

Лекции Веретимус Н.К. и Веретимус Д.К.

2.

Основы физической термодинамики.
Модуль 2: учебное пособие / Д.К. Веретимус,
Н.К. Веретимус; под ред. А.Н. Морозова –
Москва:
Издательство
МГТУ
им.
Н.Э.Баумана, 2021. – 140 с. Издание доступно
в
электронном
виде
по
адресу:
https://bmstu.press/catalog/item/7177/

3. Лекция № 10

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
О СТРОЕНИИ ТЕЛ
Лекции Веретимус Н.К. и Веретимус Д.К.

4. Статистический и термодинамический (т/д) методы описания макроскопических тел

Объектом
изучения
являются
макросистемы системы, состоящие из
очень большого числа частиц, например, газ.

5.

Метод изучения макроскопических тел тел,
состоящих из очень большого числа частиц
Статистический
метод рассматривает
движение не отдельных
молекул, а средние
величины, которые
характеризуют
движение
совокупности молекул
Т/д метод использует
понятия и физические
величины, относящиеся к
системе в целом. Например,
идеальный газ в состоянии
равновесия характеризуется
объемом V, давлением P и
абсолютной температурой T
Статистический метод использует параметры
состояния; т/д часто не работает без знания строения
системы

6. Основные положения статистической физики:

•Все тела состоят из молекул.
•Все молекулы находятся в непрерывном
хаотическом движении.
•Между молекулами существуют силы
притяжения и отталкивания.
Молекула – наименьшая частица
вещества, сохраняющая все его химические
свойства.

7.

Термодинамика – раздел физики,
исследующий превращение некоторых видов
энергии.
Т/д метод основывается на трех началах
термодинамики.
Состояние макросистемы характеризуют
т/д
параметрами
(наиболее
распространенные – P, V, T, концентрация n,
плотность и др.).
3
n
м
,
кг
м
P
Па
,
T
К
,
V м ,
3
3

8. Термодинамическая (т/д) система

тело или несколько тел. Между ними или
другими телами происходит перетекание
энергии и вещества.
Замкнутая т/д система нет обмена
энергией
с
внешней
средой
путем
совершения работы.
Равновесное (состояние т/д равновесия)
такое состояние т/д системы, в котором
отсутствуют
любые
потоки
(энергии,
вещества, импульса, частиц и т.д.), а
макроскопические параметры системы
установившиеся и не изменяются во времени.

9.

Т/д состояния, обратимые и
необратимые т/д процессы
При изменении параметров состояния
происходит т/д процесс.
Т/д
состояние
совокупность
макроскопических
параметров,
характеризующих состояния т/д системы.

10. НУЛЕВОЕ НАЧАЛО Т/Д

классическая т/д утверждает: изолированная
т/д система (предоставленная себе самой)
стремится к состоянию т/д равновесия и
после
его
достижения
не
может
самопроизвольно из него выйти.

11. Внутренняя энергия т/д системы

Система в данном состоянии обладает
внутренней энергией.
Внутренняя
энергия
U
тела
складывается из кинетической энергии
хаотического движения молекул тела и всех
видов энергии их взаимодействия.
U – функция состояния, т.е. ее значения
зависят только от т/д параметров в данном
состоянии (в данный момент времени), но не
от способа перехода в это состояние.

12. Теплота и работа

Передача энергии от одного тела к
другому путем совершения работы одного
тела над другим всегда связана с изменением
внешних условий, с перемещением тела в
целом или его отдельных макроскопических
частей.
Работа – мера переданной от одного
тела к другому механической энергии.
Работа, совершенная телом, > 0; работа,
полученная телом < 0.

13.

Передача энергии от одного тела к
другому посредством теплового обмена
между телами не связана с изменением
внешних условий и перемещением тел.
Количество теплоты Q – величина
переданной от одного тела к другому энергии
теплового движения молекул посредством
теплообмена между телами.
Три основных способа теплообмена:
конвекция; теплопроводность; излучение.
Теплота, полученная телом, > 0,
отданная телом < 0.

14. Идеальный газ

Простейшая модель макросистемы, в
статистической физике идеальный газ, для
него:
1. время взаимодействия молекул друг с
другом << времени их свободного движения;
2. объем молекул << объема газа;
3. молекулы взаимодействуют со
стенками сосуда значительно чаще, чем
между собой.

15. 1-ОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

P
2
Система совершает процесс,
во время которого она в
1
общем случае совершает
V работу
A,
получает
количество теплоты Q,
внутренняя энергия системы изменяется на
ΔU.

16.

1-ое начало т/д: количество теплоты
Q, сообщенное макросистеме, идет на
приращение ΔU её внутренней энергии и на
совершение системой работы A над
внешними телами
(10.1)
Q U A,
U U 2 U 1 , где U1 и U2 – внутренняя
энергия системы в состояниях 1 и 2.
Если Q < 0, то тепло отводится от
системы; A < 0 – работа производится над
системой.
ΔU может иметь любой знак, в
частности, быть равным нулю.

17.

Рассмотрим элементарный процесс.
δQ – количество теплоты, поступающее в
систему на элементарном участке процесса.
1-ое начало т/д для элементарного
процесса (в дифференциальной форме):
Q dU A,
(10.2)
где δQ и δA – элементарные значения
теплоты и работы, теплота и работа
являются функциями процесса; dU –
элементарное приращение внутр. энергии.
Работа A не является функцией
состояния.

18. Литература:

•Глаголев К.В., Морозов А.Н. Физическая
термодинамика: Учеб. пособие. – М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. – 368 с./Под
ред. Л.К.Мартинсона, А.Н.Морозова.
•Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные
законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний,
2001