Законы термодинамики. Внутренняя энергия

Основы термодинамики

Внутренняя энергия

Сумма кинетических энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией.

U = Ek + Ep

Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит - температурой тела.

Потенциальная - расстоянием между частицами, а значит - объемом.

Следовательно: U=U(T,V) - внутренняя энергия зависит от объема и температуры.

Способы изменения внутренней энергии

Теплопередача

Совершение работы

А

Q

Виды теплопередачи :

• Работа газа - А ꞌ
• Работа внешних сил - А

• теплопроводность
• конвекция
• излучение

Геометрический смысл работы

• Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (p, V).

Количество теплоты

Количество теплоты

• Q = cm(t 0 2 - t 0 1 ) – нагревание (охлаждение)

• Q=  m - плавление (кристаллизация)

• Q =  rm - парообразование (конденсация)

Первый закон термодинамики

Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы

Первый закон термодинамики

Количество теплоты, переданное газу, равно сумме изменения его внутренней энергии и работы, совершенной газом

А = - А 

0. Если газ охлаждается, то ΔU" width="640"

Применение 1 закона термодинамики к изопроцессам

Изохорный процесс (v=const)

т.к. ΔV=0, то A= 0, значит первый закон термодинамики выглядит так:

Δ U=Q

Газ увеличивает свою внутреннюю энергию за счет теплоты, полученной из внешней среды.

Если газ нагревается, то ΔU 0.

Если газ охлаждается, то ΔU

0), то А´0. Если газ отдаёт тепло (Q " width="640"

Применение 1 закона термодинамики к изопроцессам

Изотермический процесс (T=const) т.к. T=const, то ΔU = 0, значит первый закон термодинамики выглядит так:

Q = А´

Если газ получает тепло (Q0), то А´0.

Если газ отдаёт тепло (Q

0, U0, газ совершает работу, тепло поглощается. Первый закон термодинамики выглядит так : Q = ΔU + А´ " width="640"

Применение 1 закона термодинамики к изопроцессам

Изобарный процесс (р = const)

При изобарном нагревании T0, U0, газ совершает работу, тепло поглощается.

Первый закон термодинамики выглядит так :

Q = ΔU + А´

0 А I 0 УРАВНЕНИЕ I ЗАКОНА ТД Q 0 А I 0 ΔU0 Q 0 Q = А I А I =0 Q 0 Q = А I + ΔU Q = ΔU р 1 2 V р 1 2 V р 2 1 V " width="640"

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

ГРАФИК

ИЗОТЕРМ. РАСШИРЕНИЕ

ИЗОБАРИЧ. РАСШИРЕНИЕ

ΔU

A I

ИЗОХОРНОЕ НАГРЕВАНИЕ

0

Q

ΔU0

А I 0

УРАВНЕНИЕ I ЗАКОНА ТД

Q 0

А I 0

ΔU0

Q 0

Q = А I

А I =0

Q 0

Q = А I + ΔU

Q = ΔU

р

1

2

V

р

1

2

V

р

2

1

V

НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА

ГРАФИК

ИЗОТЕРМ. СЖАТИЕ

ΔU

ИЗОБАРИЧ. СЖАТИЕ

0

ИЗОХОРНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

A I

ΔU

Q

А I

ΔU

А I

Q

УРАВНЕНИЕ I ЗАКОНА ТД

А I =0

Q

Q = А I

Q

Q = А I + ΔU

Q = ΔU

р

2

1

V

р

2

1

V

р

1

2

V

12

Адиабатный процесс

Линия на термодинамической диаграмме состояний системы, изображающая равновесный (обратимый) адиабатический процесс, называется адиабатой .

р

р 0

р 1

р 2

V

V 1 V 2

13

Решение задач

• Идеальный газ получил количество теплоты, равное 300 Дж, и совершил работу, равную 100 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?
• Идеальный газ совершил работу, равную 300 Дж. При этом внутренняя энергия уменьшилась на 300 Дж. Каково значение количества теплоты в этом процессе?
• Идеальный газ совершил работу, равную 600 Дж. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 250 Дж. Какое количество теплоты получил газ?

Тепловые двигатели

Тепловые двигатели – это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

14

1

• Паровая машина
• Паровая машина

2

• Паровая турбина
• Паровая турбина

3

• Газовая турбина
• Газовая турбина

4

• Двигатель внутреннего сгорания. Двигатель Дизеля
• Двигатель внутреннего сгорания. Двигатель Дизеля

5

• Реактивный двигатель
• Реактивный двигатель

Виды тепловых двигателей:

14

Домашнее задание

• Выучить определения, формулы по теме

«1 закон термодинамики»;

• Решить задачу:

Идеальный газ получил количество теплоты, равное 540 Дж, и совершил работу,

равную 220 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?

17