🗊Презентация 1-е начало термодинамики. Адиабатический процесс

Лекция 14 (2 сем). 1-е начало термодинамики. Адиабатический процесс Курс физики для студентов 1-2 курса БГТУ Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович

1. Количество теплоты и теплообмен Теплообмен - процесс передачи внутренней энергии от одного тела к другому без совершения работы (без изменения объема). Количество теплоты Q – это количество энергии, передаваемое системе внешними телами при теплообмене. Сообщение системе теплоты Q не связано с макроскопическими перемещениями тел системы. Изменение внутренней энергии при теплообмене состоит в том, что отдельные молекулы более нагретого тела в процессе неупругих столкновений передают часть своей кинетической энергии молекулам менее нагретого тела.

Работа и внутренняя энергия Внутреннюю энергию можно также изменить путем совершения работы. Передача внешними телами энергии в форме работы сопровождается макроскопическими перемещениями внешних тел. Например: Если внешняя сила вызывает деформацию тела, то при этом изменяются расстояния между частицами, из которых оно состоит, а следовательно, изменяется потенциальная энергия взаимодействия частиц. При неупругих деформациях, кроме того, изменяется температура тела, то есть изменяется кинетическая энергия теплового движения частиц. Но при деформации тела совершается работа, которая и является мерой изменения внутренней энергии тела. Внутренняя энергия тела изменяется также при его неупругом соударении с другим телом. При неупругом соударении тел их кинетическая энергия уменьшается, она превращается во внутреннюю. Мерой изменения кинетической энергии тела, согласно теореме о кинетической энергии, является работа действующих сил. Изменение внутренней энергии тела происходит под действием силы трения, поскольку, как известно из опыта, трение всегда сопровождается изменением температуры трущихся тел. Работа силы трения может служить мерой изменения внутренней энергии.

Работа термодинамической системы Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется лишь её внутренняя энергия. Допустим, что некоторая система (газ, заключённый в цилиндр под поршнем), обладая внутренней энергией U1, получила некоторое количество теплоты Q1, и перейдя в новое состояние, которое характеризуется внутренней энергией U2 совершила работу А над внешней средой. Количество теплоты Q1 считается положительным, когда оно подводится к системе, а работа А  положительной, когда система совершает её против внешних сил.

Первое начало термодинамики В соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из одного состояния в другое изменение внутренней энергии ΔU будет одинаковым. Это изменение будет равно разности между количеством теплоты Q, полученной системой, и работой А, совершенной системой против внешних сил: Первое начало термодинамики: теплота Q, сообщаемая системе, расходуется на изменение её внутренней энергии ΔU и на совершение ею работы А против внешних сил. В дифференциальной форме первое начало термодинамики имеет вид:

2. Теплоемкость. Виды теплоемкостей Теплоёмкость тела - величина, равная количеству теплоты Q, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один Кельвин. Если при сообщении телу количества теплоты dQ, его температура повышается на dT, то его теплоемкость равна: Единица измерения теплоёмкости в СИ: [Дж/К]

Теплоемкости при постоянных V и р Величина теплоёмкости зависит от условий, при которых происходит нагревание тела. Если нагревание происходит при постоянном объёме (V=const – изохорный процесс), то теплоёмкость называется теплоёмкостью при постоянном объёме и обозначается:

3. Применение 1-го начала термодинамики в изопроцессах Если газ нагревается или охлаждается при постоянном объёме, то dV=0 и работа внешних сил равна нулю:

Теплоемкости при изохорическом процессе Получим выражения для молярной и удельной теплоемкостей идеального газа при постоянном объеме.

Применение 1-го начала термодинамики в изопроцессах Работа при постоянном давлении:

Применение 1-го начала термодинамики в изопроцессах Работа равна:

Теплоемкости при изобарическом процессе Получим выражения для молярной и удельной теплоемкостей идеального газа при постоянном давлении.

Подитожим формулы для изопроцессов

4. Адиабатический процесс Адиабатический процесс - процесс , протекающий без теплообмена с окружающей средой. Подведённое к телу количество теплоты: Q=0 или δQ=0. Определим уравнение состояния - уравнение, связывающее параметры идеального газа при адиабатическом процессе. Первое начало термодинамики можно записать в следующем виде:

4. Адиабатический процесс -2 Зная формулу Майера, преобразуем отношение:

2. Уравнение Пуассона – формула адиабатического процесса Перейдём от этого уравнения к уравнению в переменных p,V

Работа газа при адиабатическом процессе Адиабатический процесс - процесс , протекающий без теплообмена с окружающей средой. Подведённое к телу количество теплоты: Q=0 или δQ=0:

Сравнение изотермического и адиабатического процессов Адиабатический процесс

Подитожим для всех процессов

3. Политропические (политропные) процессы Рассмотренные изохорный, изобарный, изотермический и адиабатический процессы происходят при постоянной теплоёмкости.

Работа при политропическом (политропном) процессе Выразим давление p через объем V:

Объяснение зависимости молярной теплоемкости от температуры на основе квантовых представлений Согласно классической теореме о равнораспределении средняя энергия любого движения молекулы при температуре равна:

Спасибо за внимание! Курс физики для студентов 1 курса БГТУ Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович