Вопрос. Внутренняя энергия, работа и теплота. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов

Во внутреннюю энергию делают вклад следующие виды энергии:

1)Кинетическая энергия хаотического поступательного и вращательного движения молекул.

2)Кинетическая и потенциальная энергия колебания атомов и молекул.

3)Потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия.

4)Энергия электронных оболочек атомов и ионов.

5)Внутренняя энергия.

Изменение внутренней энергии происходит в результате двух процессов:

1.Совершение работы самой системой или внешними силами над ней.

2.Теплообмена.

A= - полная работа.

Теплота - кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит.

Первое начало термодинамики.

Кол-во теплоты передаваемой системе идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы.

Q=∆U+A

Для малого изменения состояния системы первое начало термодинамики принимает вид:

δQ=dU+δA

 

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

Изотермический.

T=const dT=0 dU=0

δQ=δA=pdv

Изохорный.

V=const dV=0 δA=pdV=0

δQ=dU

Изобарный.

p=const

δQ=dU+δA

 

Вопрос. Тепловые двигатели. Холодильные машины. Цикл Карно. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия. Статистический смысл второго начала термодинамики.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

Холодильные машины - это устройства, в которых за счёт внешней механической работы количество теплоты передаётся от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, в результате чего температура более холодного тела понижается, а более нагретого повышается.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении.

Описание процесса:

1.)(изотермическое расширение) Сначала тело имеет температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему кол-во теплоты. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2.) Адиабатическое расширение-Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3.)Изотермическое сжатие-Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты. 4.)Адиабатическое сжатие-Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

Процесс перехода системы из одного состояния в другое называются обратимыми если можно провести его в обратном направлении так, что бы и система, и окружающие её тела вернулись в исходное состояние проходя туже самую последовательность промежуточных состояний, но в обратном порядке, если это невозможно процесс называется необратимым.

Второе начало термодинамики - один из осн. законов термодинамики, устанавливающий необратимость реальных термодинамических процессов. Сформулировано как закон природы Карно в 1824, P. Клаузиусом в 1850 и У. Томсоном в 1851 в различных, но эквивалентных формулировках. В формулировке Клаузиуса утверждает, что процесс, при к-ром не происходит никаких изменений, кроме передачи тепла от горячего тела к холодному, необратим, т. е. теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему (принцип Клаузиуса). Согласно формулировке Томсона, процесс, при к-ром работа переходит в тепло без к--л. иных изменений состояния системы, необратим, т. е. невозможно полностью преобразовать в работу всё тепло, взятое от тела, не производя никаких др. изменений состояния системы (принцип Tомсона).

Энтропия – функция состояния термодинамич. системы, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в этой системе и являющаяся мерой их необратимости. Понятие Энтропия введено в 1865 Р. Клаузиусом для характеристики процессов превращения энергии; в 1877 Л. Больцман дал ему статистич. истолкование. При помощи понятия Энтропия формулируется второе начало термодинамики.