Изменение внутренней энергии идеального газа

Первый закон термодинамики: все тепло, полученное телом, идет на совершение этим телом работы и изменения его внутренней энергии

Q- количество теплоты; А- работа; ∆U- изменение внутренней энергии.

±Q=± A± U

Правила знаков:

+Q -если тело получает тепло (газ нагревают, газу передают количество теплоты)

-Q- если тело отдает тепло (газ охлаждается, газ отдает тепло окружающей среде)

+ А тело само совершает работу (газ расширяется)

- А над телом совершается работа (газ сжимает внешняя сила)

+∆ U если тело нагревается (внутренняя энергия газа увеличивается)

-∆ U если тело охлаждается (внутренняя энергия газа уменьшается).

 

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ ВОПРОС № 27

Приведите формулу для определения работы идеального газа и объясните ее физический смысл. Объясните, как графический определяют работу идеального газа. Запишите формулы применения первого начала термодинамики к изопроцессам, объясните их физический смысл. Дайте определение адиабатного процесса.

ОТВЕТ

Формулы для определения работы идеального газа

Изобарный процесс P=const

А= P(V2-V1)

A = P∆V

A=

A=ν R∆T

Изотермический Т=const

A=

A=

A=

Изохорный V= const

А = 0

Работу идеального газа можно определить графический, как площадь (S) фигуры образованный под графиком процесса построенного в координатах (P,V). S=A

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

Изобарный процесс P=const;

При изобарическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит в форме работы и теплопередачи. Сообщенная идеальному газу теплота затрачивается и на изменение внутренней энергии, и на совершение газом работы:

Q= A +∆U

Изотермический процесс (Т = const):

При изотермическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит и в форме теплопередачи, и в форме работы. Все подведенное к идеальному газу тепло затрачивается на совершение работы.

если температура газа не меняется, то внутренняя энергия газа также не будет меняться

U=const, ∆U = 0 Q=A

Если газ получает теплоту (Q > 0), то он совершает положительную работу (А > 0), если газ отдает теплоту (Q < 0), то А < 0. Работа внешних сил над газом в этом случае положительная (А > 0).

Изохорный процесс V =const,

При изохороном процессе обмен между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме теплопередачи. Вся подведенная к идеальному газу теплота затрачивается на изменение его внутренней энергии:

A=0 Q =∆U

Адиабатный процесс – это процесс протекающий без теплообмена с окружающей средой (на практике это быстро протекающие процессы)

При адиабатном процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме работы. Работа при адиабатическом процессе совершается за счет изменения внутренней энергии газа.

 

Q = 0

0= A + ∆U

A = - ∆ U

- при расширении газ охлаждается

U = - A

- при сжатии газ нагревается.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ ВОПРОС №28

Дайте определение теплоёмкости вещества. Перечислите возможные фазовые превращения вещества. Дайте определение понятиям удельная теплота парообразования и удельная теплота плавления. Запишите уравнение теплового баланса и объясните его физический смысл.

ОТВЕТ

Теплоёмкость - это количество теплоты, которое необходимо сообщить телу массой 1 кг для нагревания на 1 .

C

Теплоёмкость зависит от материала нагреваемого вещества, находится по таблице:

Q = cm (t2 – t1)

Фазовые превращения вещества: испарение, конденсация, плавление, кристаллизация и сублимация

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Плавление каждого вещества происходит при определенной температуре, которая называется температурой плавления. Все подводимое тепло идет на разрушение кристаллической решетки, при этом увеличивается потенциальная энергия молекул. Кинетическая энергия остается без изменений и температура в процессе плавления не изменяется. Для расчета количества теплоты, необходимого для процесса плавления, следует применять формулу

Q=λm

Где λ (Дж/кг) - удельная теплота плавления – это количество теплоты, которое необходимо сообщить твердому телу массой 1 кг для превращения его в жидкость, если это тело нагрето до температуры плавления.

Кристаллизация (отвердевание) – процесс, обратный плавлению. Осуществляется переход вещества из жидкого состояния в твердое. Происходит он при той же температуре, что и плавление. В процессе отвердевания температура также не изменяется. Количество теплоты, выделяемое в процессе отвердевания

Q=-λm

Испарение – переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Испарение происходит интенсивнее при возрастании температуры.

Кипение (парообразование) – переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Происходит при определенной температуре, которую называют температурой кипения. В отличии от испарения, при кипении процесс парообразования идет со всего объема жидкости. Несмотря на то, что к кипящему веществу подводят тепло, температура не изменяется. Все затраты энергии идут на увеличение промежутков между молекулами. Температура кипения зависит от рода вещества и внешнего атмосферного давления. Количество теплоты, необходимое для процесса кипения, вычисляют по формуле

Q=Lm

Где L(Дж/кг) - удельная теплота парообразования -это количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости находящейся при температурекипения, чтобы испарить 1 кг

Конденсация – процесс, обратный испарению.

Сублимация – переход из твердого состояния в газ.