Тема:«Основы термодинамики. Внутренняя энергия. Работа газа. Количество теплоты».

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа.

Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

Тема: Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

4.31M

Category:

physics

Внутренняя энергия идеального газа. Термодинамика. Лекция 3.2

1. Тема:«Основы термодинамики. Внутренняя энергия. Работа газа. Количество теплоты».

2. Содержание

• Внутренняя энергия
• Работа в термодинамике
• Количество теплоты
_________
Определение: Термодинамика – теория тепловых
процессов, в которой не учитывается
молекулярное строение тел.

3. Внутренняя энергия

• Определение:
Внутренняя энергия тела – это сумма
кинетической энергии хаотического теплового
движения частиц (атомов и молекул) тела и
потенциальной энергии их взаимодействия
• Обозначение:
U
• Единицы измерения:
[Дж]
U= Ек +Еp

4. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа.

U NE ,
k
m
N NА
M
3
E kT
k 2
3
U NАkT
2
число молекул
кинетическая энергия
одной молекулы
(NAk = R)

5. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

3 m
U
RT
2M

6.

Так как
m
pV RT
M
- уравнение Клапейрона –
Менделеева,
то внутренняя энергия:
3
U pV
2
5
U pV
2
- для одноатомного газа
- для двухатомного газа.

7. В общем виде:

i m
i
U
RT pV
2M
2
где i – число степеней свободы молекул газа (i = 3
для одноатомного газа и i = 5 для двухатомного
газа)

8.

Изменение внутренней энергии:

9. 10. Изменение внутренней энергии тела ΔU

Совершение
работы А
Теплообмен Q
теплопроводность
над
телом
самим
телом
ΔU
ΔU
излучение
конвекция

11. Работа в термодинамике

12.

Работа в термодинамике – работа сил, приложенных к
внешним телам со стороны системы при её деформации.
Работа газа численно равна площади фигуры под графиком
зависимости давления от объёма в координатах p, V
Расширение газа
p
p
2
2
1
Сжатие газа
p
A>0
V1
1
A<0
V2
V
V1
V2
V
AГ p (V2 V1 ) p V - работа газа
Aвн AГ p V - работа внешних сил

13. Работа в термодинамике

• Работа газа:
A p (V2 V1 ) p V
• Работа внешних сил:
A A
• Работа А, совершаемая
внешними телами над газом,
отличается от работы А'
самого газа только знаком:

14. Работа газа при изопроцессах

• При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:
A 0
P
V
Изохорное нагревание

15. При изобарном процессе (Р=const):

A p V
P
1
2
P
A 0
Изобарное расширение
V1
V2
V

16. При изотермическом процессе (Т=const):

Изотермическое расширение
P
1
A 0
2
Р2
V1
V2
V

17.

18. 19. Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

Процесс
Нагревание или
охлаждение
Кипение или
конденсация
формула
Q cm T
Q rm
С – удельная теплоёмкость
вещества [ Дж/кг 0К], m –
масса [кг], ΔT – изменение
температуры [ 0K].
r – удельная теплота
парообразования [ Дж/кг ]
Плавление или
кристаллизация
Q m
Сгорание
топлива
– удельная теплота сгорания
Q qm qтоплива
[ Дж/кг ]
λ- удельная теплота плавления
вещества [ Дж/кг ]

20.

21. 22. Уравнение теплового баланса:

23. Первое начало термодинамики.

24. 25. Тема: Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

26.

Развитие техники зависит от умения
использовать громадные запасы внутренней
энергии. Использовать эту энергию - это
значит совершать за ее счет полезную работу.
Рассмотрим источники, которые совершают
работу за счет внутренней энергии.

27.

28.

Вся
ли тепловая энергия превращается в
тепловых двигателях в механическую энергию?
Любой тепловой двигатель превращает в
механическую энергию только часть той
энергии, которая выделяется топливом.
Для характеристики экономичности различных
двигателей введено понятие КПД
(коэффициент полезного действия) двигателя.