Термодинамика. Внутренняя энергия. Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объёма. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты. Энтропия

11. Второе начало термодинамики........................................... 18

12. Реальный газ......................................................................... 19

13. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ............................. 20

14. Внутренняя энергия реального газа................................... 22

1. Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия – это кинетическая энергия хаотического движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия.

Во внутреннюю энергию не входят кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия частиц во внешних полях.

Если рассматривать идеальный газ, где нет взаимодействия между частицами (т.е. нет притяжения и отталкивания), то во внутреннюю энергию входит только кинетическая энергия теплового хаотического движения.

                  ( - число степеней свободы)

Внутренняя энергия является функцией состояния. Это означает, что внутренняя энергия определяется только параметрами данного состояния. При переходе из первого состояния во второе: , и  не зависит от способа перехода из первого состояния во второе.

Если процесс совершается по кругу, т.е. система переходит в начальное состояние, то .

Если , то  является полным дифференциалом.

2. Первое начало термодинамики.

Внутренняя энергия может изменятся в основном за счёт двух процессов: за счёт работы, совершаемой над системой, и за счёт сообщения системе некоторого количества теплоты.

Например, работа изменяется при движении поршня, когда внешние силы совершают работу над газом, при этом увеличивается его температура, т.е. увеличивается и внутренняя энергия.

Или, например, за счёт сообщения количества теплоты, можно увеличить внутреннюю энергию. Изменение внутренней энергии при этом обусловлено тем, что при столкновениях молекул более нагретого тела с молекулами менее нагретого, первые передают последним часть своей энергии. В результате увеличивается кинетическая энергия, а значит и температура.

Изменение внутренней энергии может происходить также за счёт излучения.

Совокупность микропроцессов, которые приводят к передаче энергии от одного тела к другому, называется теплопередачей. Количество энергии, переданное от одного тела к другому в результате теплопередачи, называется количеством теплоты .

Опыт показывает, что изменение внутренней энергии, независимо от способа перехода из одного состояния в другое, обусловлено количеством теплоты, сообщенным системе, и работой, совершённой над системой внешними силами.

Количество теплоты считается положительным, если оно сообщается системе, и отрицательным, если отнимается.

Работа считается положительной, если она совершается над внешними силами (газ расширяется), и отрицательной, если она совершается внешними силами над системой.

Количество теплоты, сообщённое системе идёт на изменение её внутренней энергии и на работу против внешних сил.

 означает, что  является полным дифференциалом ().

 означает, что  и  не являются полными дифференциалами.

3. Работа газа при изменении его объёма.

 - очень маленький

 при

 ( - изменение объёма)

Работа газа численно равна площади под графиком .

Тогда полная работа численно равна площади, охватываемой контуром. Если  в ходе цикла и цикл проходит по часовой стрелке, то цикл – прямой. Если  и цикл проходит против часовой стрелки, то цикл – обратный.

4. Теплоёмкость идеального газа. Уравнение Майера.

Молярная теплоёмкость  - это количество теплоты, сообщаемой 1 молю вещества, чтобы нагреть его на .

Удельная теплоёмкость  - это количество теплоты, сообщаемой 1 кг вещества, чтобы нагреть его на .

Связь между молярной и удельной теплоёмкостями:

Теплоёмкость при постоянном объёме.

, т.к.

Число степеней свободы – это число независимых переменных, с помощью которых можно задать положение молекулы.

1. Одноатомные молекулы.

2. Двухатомные молекулы.

3. Трёхатомные молекулы.