Первое начало термодинамики.

Термодинамика построена на базе нескольких постулатов, которые называются началами. Первое начало – это закон сохранения энергии, учитывающий передачу системе энергии в виде тепла или , изменение внутренней энергии – кинетической энергии скрытого движения частиц ансамбля , и совершаемой системой работы : , или, что точнее, . Этим формам часто придают несколько иной вид. Учтем, что . Тогда первое начало можно записать как . Если система представляет собой идеальный одноатомный газ и средняя энергия одной частицы равна , то полная внутренняя энергия равна . Изменение внутренней энергии можно получить, продифференцировав по температуре (число частиц считается постоянным): , .

7) Внутренняя энергия для многоатомных частиц. Теплоемкость при постоянном объеме. , . Обратим внимание на то, что в числителе последних формул стоит число 3. Это следствие того, что материальная точка (атом) имеет три степени свободы (по числу координат ). В случае молекул, состоящих из n атомов, это число надо заменить на число степеней свободы отдельной молекулы. Оно подсчитывается по формуле , где s – число наложенных на молекулe связей (например, в молекуле имеется только одна связь, в молекуле две связи и т.п.). Соответственно, полная внутренняя энергия сложных молекул будет равна . В первое начало войдет производная по температуре и начало примет общий вид: . Теплоемкость при постоянном объеме. На этом этапе изучения первого начала термодинамики обычно вводят понятие теплоемкости при постоянном объеме : , так что . Заметим, что при рассмотрении одного моля вещества , а , что позволяет записать полученные формулы, используя найденную экспериментально универсальную газовую постоянную R.

8) Тепловые машины: замкнутый и незамкнутый циклы.

Тепловой машиной называется любое устройство, преобразующее внутреннюю энергию в механическую. Такие машины могут быть «одноразовыми» и «циклическими». К одноразовым можно отнести, например, ружьё: заряд пороха, сгорая, создает некоторое количество горячих газов, которые расширяются и выталкивают снаряд, совершая механическую работу. Однако коэффициент полезного действия «одноразовых» устройств обычно невелик, а действие кратковременно.

Более эффективны циклические тепловые машины. Это паровая машина паровоза, бензиновый двигатель внутреннего сгорания, турбинные двигатели авиационных двигателей и другие подобные устройства. Теоретическое описание циклических тепловых машин проводилось разными авторами. Так, известен цикл Дизеля, цикл Отто (цикл бензинового двигателя), цикл Карно. Наиболее важным считается цикл Карно.