Термодинамика
Термодинамика – это наука об общих тепловых свойствах термодинамических систем. Число степеней свободы Число степеней свободы молекулы газа Термодинамическая система – это макроскопическое тело или совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией, как между собой, так и между другими телами и/или с внешней средой. Тепловое (термодинамическое) равновесие – это состояние термодинамической системы, при котором все её макроскопические параметры постоянны, а значит, объём и давление системы остаются неизменными, все тела (части) системы имеют равную температуру (не происходит теплообмен), отсутствуют переходы из одного агрегатного состояния в другое. При постоянных внешних условиях любая термодинамическая система самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия с течением времени.
Постулат Больцмана ( закон равнораспределения кинетической энергии по степеням свободы) : е сли система молекул находится в состоянии термодинамического равновесия при температуре Внутренняя энергия тела Внутренняя энергия идеального газа Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона, выражение для внутренней энергии идеального газа определяется соотношением: Изменение внутренней энергии идеального газа
Работа идеального газа Работа внешних сил Количество теплоты Теплоёмкость тела Удельная теплоёмкость тела Молярная теплоёмкость тела Агрегатные состояния вещества – это состояния одного и того же вещества при различных температурах и давлениях. Возможен переход их одного агрегатного состояния вещества в другое при изменении условий (температуры, давления). Переход твёрдого тела в жидкость называется плавлением, а обратный процесс – это кристаллизация. Переход жидкости в газ называется парообразованием, а обратный процесс – это конденсация. Переход твёрдого тела в газ называется сублимацией, а обратный процесс – это десублимация.
Удельная теплота плавления λ – это физическая величина, определяющая количество теплоты, которое необходимо передать твёрдому телу массой 1 кг, находящемуся при температуре плавления, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние. Удельная теплота плавления измеряется в джоуль на килограмм (Дж/кг), а необходимое количество теплоты Удельная теплота кристаллизации – это физическая величина, определяющая количество теплоты, которое выделится при кристаллизации 1 кг жидкости. Температура кристаллизации равна температуре плавления, удельная теплота кристаллизации равна удельной теплоте плавления, а количество теплоты Удельная теплота парообразования r – это физическая величина, определяющая количество теплоты, которое необходимо передать жидкости массой 1 кг, находящейся при температуре кипения, чтобы перевести её в парообразное состояние. Удельная теплота парообразования измеряется в джоуль на килограмм (Дж/кг), а необходимое количество теплоты Удельная теплота конденсации – это физическая величина, определяющая количество теплоты, которое выделится при конденсации 1 кг пара. Температура конденсации равна температуре парообразования, удельная теплота конденсации равна удельной теплоте парообразования, а количество теплоты Первое начало (первый закон) термодинамики – это закон сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Согласно первому началу термодинамики, работа может совершаться только за счёт теплоты или какой-либо другой формы энергии. При любых процессах, происходящих в изолированной системе, её внутренняя энергия остаётся постоянной, а значит, изменение внутренней энергии системы
Первое начало (первый закон) термодинамики: количество теплоты, полученное термодинамической системой, идет на изменение её внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил: Адиабатный процесс – это процесс, происходящий без теплообмена термодинамической системы с окружающей средой или другими системами. Для постоянной массы Коэффициент Пуассона Адиабата – это графическое изображение адиабатного процесса на -диаграмме. Уравнение адиабаты – это уравнение кривой, такое, что при переходе идеального газа из состояния с макроскопическими параметрами Второе начало (второй закон) термодинамики – это один из основных законов термодинамики, устанавливающий направленность процессов в природе и необратимость реальных термодинамических процессов. Необратимый физический процесс – это процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном определённом направлении. В обратном направлении такие процессы могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса. Второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Это означает, что теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему (принцип Клаузиуса). Второе начало термодинамики в формулировке Кельвина: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от некоторого тела определенного количества теплоты и полное его превращение в механическую работу. Термодинамический цикл – это круговой процесс в термодинамике, то есть такой процесс, в котором совпадают начальные и конечные макроскопические параметры, определяющие состояние системы (давление, объём, температура), а значит, в котором периодически восстанавливается исходное состояние системы. В циклическом процессе внутренняя энергия не изменяется. Термодинамические циклы изображаются на -диаграмме с помощью замкнутых кривых, а направление цикла обозначается стрелками. Полная работа тела за цикл на -диаграмме равна площади внутри кривой цикла, причём работа положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и отрицательна, если цикл обходится в против часовой стрелки.
Тепловой двигатель (тепловая машина) – это устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдаёт) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии (тепловыми резервуарами). Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а тепловой резервуар с более низкой температурой называют холодильником. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу в тепловом двигателе периодически повторяется, так как рабочее тело совершает термодинамический цикл. Совершая цикл, рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты Полное количество теплоты Полезная механическая работа Коэффициент полезного действия (КПД) Цикл Карно – это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов и происходящий с идеальным газом. В цикле Карно последовательно происходят процессы: изотермическое расширение, адиабатное расширение, изотермическое сжатие и адиабатное сжатие. В цикле Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается количество теплоты с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Тепловая машина, работающая по циклу Карно, преобразует количество теплоты в работу с максимально возможным коэффициентом полезного действия. КПД цикла Карно через температуры нагревателя Теорема Карно: максимальный КПД любой тепловой машины не может превосходить КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника. В этой связи, тепловую машину, работающую по циклу Карно, часто называют идеальной тепловой машиной.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|