Вопрос. Первое начало термодинамики.

Данное уравнение показывает распределение энергии термодинамической системы. Допустим газ, заключённый под поршнем обладает внутренней энергией , получил некоторое количество теплоты Q и, перейдя в новое состояние, характеризуется внутренней энергией . При этом система (газ) совершил работу над внешней средой, то есть против внешних сил. Количество теплоты считается положительным, если оно подводится к системе, а работа положительная, когда система совершает ее против внешних сил. В соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из первого состояния во второе изменение внутренней энергии будет всегда одинаковым и равным разности между количеством теплоты Q полученном системой и работа А, совершённой системой против внешних сил или в другой форме записи . Данное выражение является первым началом термодинамики и показывает что теплота сообщенной системе расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работой против внешних сил. Если система периодически возвращается в первоначальное состояние, то изменение ее внутренней энергии . Тогда согласно первому началу термодинамики , то есть вечный двигатель первого рода невозможен, так как он совершал бы большую работу, чем сообщенная ему извне энергия.

 

Вопрос. Работа газа.

Рассмотрим газ, находящийся под поршнем.

Если газ расширяясь передвигает поршень на малое расстояние то он производен над ним работу

,

Р – давление, S – площадь поршня.

 

.

Полную работу, совершаемую газом, при изменении его от V₁ до V₂ найдем проинтегрировав

Данное выражение справедливо при любых изменениях объёмов жидких, газообразных. Работу совершённого газа также можно изобразить графически.

То есть работа совершённая газом определяется площадью заштрихованной фигуры.

 

Вопрос. Теплоемкость.

Различают удельную и молярную теплоемкость.

Удельная теплоемкость показывает какое количество теплоты необходимо для нагревания одного килограмма вещества на один кельвин.

Различают также теплоемкости при постоянном объеме и при постоянном давлении когда процессе нагревания эти параметры остаются переменными (P=const V=const)

Первое начало термодинамики для одного моля газа с учетом молярной теплоемкости.

Если газ нагревают при постоянном объеме то работа внешних сил равна 0 и сообщаемая газу теплота идет только на увеличение внутренней энергии.

Согласно формуле

Молярная теплоемкость при изохорном процессе.

Если газ нагревается при постоянном давлении то первое начало термодинамики в виде.

Учитывая что не зависит от вида процесса определяется лишь температурой и всегда равна . А также дифференцировав уравнение Клаперона-Менделеева получим данное выражение называется уравнением Майера и показывает что на газовую постоянную (для молярной теплоёмкости). Это объясняется тем

что при нагревании газа P=const требуется дополнительное количество теплоты на совершение работы, так как постоянство давления обеспечивается увеличением объема. Выражение для можно представить в виде . Удельные теплоемкости. .

Отношение называется показателем а адиабаты.

 

Вопрос. Изобарный процесс.

Изобарный процесс подчиняется закону Гей-Люссака. См вопрос №2

При изобарном процессе газом совершается работа на увеличение объема.

Используя уравнение Клаперона-Менделеева для выбранных двух произвольных состояний

.

В изобарном процессе газу сообщается количество теплоты .

первое начало термодинамики.

 

Вопрос. Изохорный процесс.

Подчиняется закону Гей-Люссака. (См вопрос №2) и .

При изохорном процессе газ не совершает роботы над внешними силами. . Первое начало термодинамики для данного процесса имеет вид то есть вся теплота сообщаемая газу идет на увеличение его внутренней энергии . Для произвольной массы газа .