Термодинамика. Понятия внутренней энергии. 1 Закон термодинамики

Термодинамика – это часть физики, которая рассматривает тепловые процессы, происходящие с теплом, а так же превращение энергии соответствующее данным процессам.

Внутреннея энергия тела – это величина численно равная сумме:

a) кинетических энергий частиц, из которых состоит тело,

b) потонцеальных энергий частиц,

c) ядерных энергий частиц,

d) энергии электронов.

Из определения видно, что рассчитать внутреннею энергию тела очень трудно, практически невозможно.

Просто считается лишь внутренняя энергия идеального газа

(для одноатомного газа)

Для тела можно сосчитать изменения внутренней энергии (ΔU), зная два способа изменения внутренней энергии:

1. Теплообмен (Q)

2. Механической работой (А_мех.)

 

Q = ΔV + A_мех (для изобарного процесса)

Первый закон термодинамики (для изобарного процесса)

Он представляет собой частный случай закона сохранения энергии для тепловых и механических процессов.

 

Количество теплоты переданное телу или системе тел идет на увиличение внутренней энергии тела или системы тел и на совершение телом или системой тел механической работы.

 

+Q - количество теплоты сообщается телу или системе тел

-Q – количество теплоты отнимается телу или системе тел

+ΔU – внутренняя энергия увиличивается

-ΔU –внутренняя энергия уменьшается

+А_мех. – работа совершается телом или газом.

-А_мех. – работа совершается над телом или газом

Частные случаи первого закона термодинамики.

 

Q = 0 -ΔU = Амех. Адиабатный процесс. Процесс идущий без теплообмена с окружающей средой

ΔU = 0 Q = Амех. Изотермический процесс

Амех. = 0 Q = ΔU Изохорный процесс

 

 

Вопрос

Второй закон термодинамики.

1) Невозможен процесс единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.

2) КПД реально тепловой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой машины, которая меньше единицы или 100%.

 

Принцип действия тепловой машины.

 

А_мех

Q₁ ^ Q₂

Нагреватель à Рабочее тело à Холодильник

Т₁ Т₂

Q₁ – количество теплоты которое нагреватель отдает рабочему телу.

Q₂ – количество теплоты которое рабочее тело отдает холодильнику.

Т₁ – температура нагревателя

Т₂ – температура холодильника

Выводы:

1. Даже у идеально тепловой машины КПД меньше 100%

2. Что бы увеличить КПД нужно снизить температуру холодильника и увеличить температуру нагревателя.

3. КПД независит от вида рабочего тела.

 

Типы тепловых двигателей

1. Поршневой, карбюраторный двигатель.

2. Тепловая турбина

3. Двигатель Ванкеля

4. Двигатель Дизеля

5. Газотурбинный двигатель

6. Ракетный двигатель

 

 

Вопрос

Агрегатные состояния вещества.

 

 

Газ Пар

Конденсация Парообразование

(испарение, кипение)

Жидкое

Кристализация Плавление

(отвердение)

Твердое тело

Десублимация Сублимация

-Q↑ +Q↓

 

1. Пары и их свойства. Различают насыщеные и ненасыщенные пары.

А) Ненасыщенный пар – это пар находящийся над свободной поверхностью жидкости. Для него выполняются законы идеального газа.

Б) Насыщенный пар – это пар находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. Для него не выполняются законы идеального газа.

Вопрос

Влажность воздуха.

Влажность воздуха нужно знать и измерять для правильного хранения: книг в библиотеках, овощей в хранилищах, экспонентов в музеях.

 

1. Величины, характеризующие влажность:

А) Абсолютная влажность (ρ_а) это плотность (или давление) подяных паров в атмосфере.

 

Б) Относительная влажность (β) вырожается в процентах отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара окружающей среды

 

Приборы для измерения влажности:

 

Ø Психрометр

 

Ø Металлический гигрометр

 

Ø Волосяной гигрометр

 

Вопрос

Парообразование и Конденсация

1. Парообразование – переход вещество из жидкого состояние в парообразное (Газ)

Конденсация – переход вещества из газообразного в жидкое состояние.

2. Виды парообразования

Испарение - это парообразование, которе происходит со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

Скорость испарения завит от: температуры, площади свободной поверхности, рода жидкости, ветра, плотности паров над жидкостью.

Кипение – это парообразование которое происходит при определенной температуре по всему объему жидкости

 

пространство

движение

 

Р_{Лапласа} -(давление искривленной поверхности жидкости).

Точка кипения – это температура при которой давление насыщенного пара становится равным, а затем больше внешнего давления.

Т_К : Р_Н.П. ≥ P_ВНЕШ. = Р_АТ + Р_Г + Р_Л

 

Если внешнее давление увеличивается, то Т_К↑

 

3. Критическое состояние вещества. Сжижение газа.

В широком смысле слова газ и пар одно и тоже агрегатное состояние вещества.

 

В строгом смысле они отличаются. Пар можно перевести в жидкое состояние, только увиличивая давление, а газ нельзя.

Что бы газ перевести в жидкое состояние, необходимо первоначальночально снизить его температуру до значений ниже критической температуры, а затем увеличить давление.

 

Критическая температура – это температура, которая соответствует критическому состоянию вещества (состояние при котором плотность жидкости равна плотности пара).

 

 

время

Вопрос

Свойства жидкости

Общие свойства жидкости:

1. Сохраняют объем, но не сохраняют форму.

2. Обладают текучестью.

3. Есть ближний порядок в расположении молекул, но нет дальнего порядка (нет кристаллической решетки).

4. Свойства жидкости изотропны.

5. Для жидкости наблюдается явление кавитации.

6. Для жидкости наблюдаются свойства твердых тел (твердость, хрупкость, упругость), если время контакта жидкости с твердым телом мало.

Свойства поверхности жидкости.

Естественная форма жидкости

 

Вывод: все молекулы поверхностного слоя жидкости стремятся уйти вглубь жидкости, поэтому жидкость стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности при заданном объеме, т.е. шар.

 

 

Вопрос