Первое начало термодинамики - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Первое начало термодинамики. Доклад-сообщение содержит 51 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 2

Описание слайда:

Термодинамика – это раздел физики, занимающийся изучением общих свойств вещества, связанных с тепловым движением. Термодинамика – это раздел физики, занимающийся изучением общих свойств вещества, связанных с тепловым движением. Термодинамика является наиболее общим способом описания поведения макроскопических систем, который применим к любым системам независимо от конкретной физической природы составляющих ее частиц. Термодинамика базируется на основных законах (постулатах), называемых началами термодинамики, справедливость которых подтверждается только опытным путем. Под общим началом термодинамики понимается следующий постулат: каким бы ли было начальное состояние тел изолированной системы, в ней, в конце концов, установится термодинамическое равновесие, при котором прекратятся все макроскопические процессы. Необходимым условием термодинамического равновесия является равенство температур всех тел, составляющих систему.

Слайд 3

Описание слайда:

Температурой называется физическая величина, определяющая «степень нагретости» тел и характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температурой называется физическая величина, определяющая «степень нагретости» тел и характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температура зависит от параметров состояния системы, например, от давления p и объема V, и является функцией внутренней энергии системы U. Температура является макроскопической характеристикой термодинамической системы; она не имеет смысла для систем, состоящих из одной или нескольких молекул. Важное физическое содержание термодинамической температуры заключается в том, что она, согласно МКТ, определяется среднюю кинетическую энергию молекул

Слайд 4

Описание слайда:

В физике наиболее часто используется термодинамическая шкала температур (шкала Кельвина). Единицей температуры по этой шкале является кельвин (К), являющийся одной из основных единиц СИ: [T] = K. В физике наиболее часто используется термодинамическая шкала температур (шкала Кельвина). Единицей температуры по этой шкале является кельвин (К), являющийся одной из основных единиц СИ: [T] = K. Термодинамическую шкалу температур строят по общей реперной точке – тройной точке воды Tтр – температуре, при которой вода, водяной пар и лед находятся в равновесии при давлении 609 Па. Tтр = 273,16 К

Слайд 5

Описание слайда:

Температура по шкале Цельсия tС связана с термодинамической температурой T соотношением, Температура по шкале Цельсия tС связана с термодинамической температурой T соотношением, причем точке кристаллизации воды соответствует температура t = 0C = 273,15 K, а точке кипения воды – температура t = 100С = 373,15 K. В ряде стран используется температурная шкала Фаренгейта, которая обозначается tF. Связь температур по шкале Фаренгейта и шкале Цельсия определяется соотношениями:

Слайд 6

Описание слайда:

Температура T = 0 К называется абсолютным нулем температуры. Это самая низкая из всех возможных температур. Абсолютный нуль температуры принципиальной недостижим, но приблизиться к нему по мере развития экспериментальной техники удается все ближе и ближе. Температура T = 0 К называется абсолютным нулем температуры. Это самая низкая из всех возможных температур. Абсолютный нуль температуры принципиальной недостижим, но приблизиться к нему по мере развития экспериментальной техники удается все ближе и ближе.

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 9

Описание слайда:

Равновесным состоянием термодинамической системы называется состояние, при котором все параметры, характеризующие систему, определены и не меняются с течением времени. Равновесным состоянием термодинамической системы называется состояние, при котором все параметры, характеризующие систему, определены и не меняются с течением времени. Если какой-либо из параметров системы не имеет определенного значения (например, температура системы в разных ее частях различна), то такое состояние термодинамической системы называется неравновесным. По истечении некоторого времени , называемого временем релаксации, система самопроизвольно переходит из неравновесного в равновесное состояние.

Слайд 10

Описание слайда:

Термодинамическим процессом называется изменение хотя бы одного из параметров состояния термодинамической системы. Термодинамическим процессом называется изменение хотя бы одного из параметров состояния термодинамической системы. Обычно в термодинамике рассматривают квазиравновесные (квазистатические) процессы, при которых время изменения t какого-либо из параметров состояния значительно превосходит время релаксации , т.е. t >> . Важным свойством таких процессов является их обратимость. Процесс называется обратимым, если он может быть осуществлен в обратном порядке через ту же совокупность квазиравновесных состояний, по которым был реализован прямой процесс.

Слайд 11

Описание слайда:

Состояния термодинамической системы, а также термодинамические процессы удобно изображать на диаграмме параметров этой системы: pV, pT, TV – диаграммах. Состояния термодинамической системы, а также термодинамические процессы удобно изображать на диаграмме параметров этой системы: pV, pT, TV – диаграммах. Состояние термодинамической системы изображается на диаграмме в виде точки; термодинамический процесс – в виде линии с указанием направления его протекания

Слайд 12

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 13

Описание слайда:

При бесконечном малом изменении объема термодинамической системы на величину dV совершается элементарная работа При бесконечном малом изменении объема термодинамической системы на величину dV совершается элементарная работа где p – давление газа. При изменении объема термодинамической системы от значения V1 до значения V2 совершает работа Если A12 > 0 (расширение), то работа совершается самой термодинамической системой над внешними силами; если A12 < 0 (сжатие), то внешние силы совершают работу над системой.

Слайд 14

Описание слайда:

Работа численно равна площади на pV-диаграмме состояний, ограниченной осью V, вертикальными линиями, соответствующими начальному и конечному значениям объема газа, а также кривой p(V) Работа численно равна площади на pV-диаграмме состояний, ограниченной осью V, вертикальными линиями, соответствующими начальному и конечному значениям объема газа, а также кривой p(V)

Слайд 15

Описание слайда:

Важной физической величиной, характеризующей равновесное состояние термодинамической системы, является внутренняя энергия U – величина, равная сумме: Важной физической величиной, характеризующей равновесное состояние термодинамической системы, является внутренняя энергия U – величина, равная сумме: кинетической энергии поступательного движения молекул пост, кинетической энергии вращательного движения молекул вращ, кинетической и потенциальной энергии колебательного движения молекул и атомов в молекулах кол , кол, потенциальной энергии взаимодействия между молекулами вз, внутримолекулярной энергии в/м : Отметим, что кинетическая энергия системы как целого и ее потенциальная энергия во внешнем поле во внутреннюю энергию не входят.

Слайд 16

Описание слайда:

Внутренняя энергия определена с точностью до произвольной постоянной. Поскольку в термодинамических системах внутримолекулярная энергия, включающая в себя энергию электронных оболочек атомов и внутриядерную энергию, остается, как правило, неизменной, то ее вклад во внутреннюю энергию можно не учитывать. Внутренняя энергия определена с точностью до произвольной постоянной. Поскольку в термодинамических системах внутримолекулярная энергия, включающая в себя энергию электронных оболочек атомов и внутриядерную энергию, остается, как правило, неизменной, то ее вклад во внутреннюю энергию можно не учитывать. Внутренняя энергия является аддитивной величиной: внутренняя энергия системы U представляет собой сумму внутренних энергий Ui отдельных частей, образующих эту систему: Внутренняя энергия является функцией состояния термодинамической системы: приращение внутренней энергии U при переходе системы из состояния 1 в состояние 2 не зависит от пути перехода, а определяется лишь разностью значений U в конечном и начальном состояниях:

Слайд 17

Описание слайда:

Для идеального газа потенциальная энергия взаимодействия между молекулами равна нулю: вз = 0, поэтому Для идеального газа потенциальная энергия взаимодействия между молекулами равна нулю: вз = 0, поэтому С учетом равнораспределения энергии по степеням свободы молекул энергия одного моля идеального газа Uмол выражается через число степеней свободы его молекул i соотношением Внутренняя энергия  молей идеального газа ( - показатель адиабаты)

Слайд 18

Описание слайда:

Внутренняя энергия смеси идеальных газов находится по формуле Внутренняя энергия смеси идеальных газов находится по формуле Здесь см – полное число молей смеси газов, а см – показатель адиабаты смеси:

Слайд 19

Описание слайда:

При приведении в соприкосновение двух термодинамических систем их внутренняя энергия изменяется. Такой процесс обмена энергией может происходить без совершения макроскопической работы; в этом случае он называется теплообменом (теплопередачей). При приведении в соприкосновение двух термодинамических систем их внутренняя энергия изменяется. Такой процесс обмена энергией может происходить без совершения макроскопической работы; в этом случае он называется теплообменом (теплопередачей). Энергия, переданная одной системе другой без совершения механической работы (т.е. в результате теплообмена) называется количеством теплоты, или просто теплотой Q. Существует 3 вида теплообмена: теплопроводность (процесс, при котором перенос тепла происходит за счет передачи энергии от более энергичных частиц (молекул, атомов) менее энергетичным и не сопровождается переносом массы вещества), конвекция (процесс переноса тепла в движущихся средах с неоднородным полем температуры) и лучистый теплообмен (процесс переноса энергии, обусловленный превращением части внутренней энергии вещества в энергию излучения)

Слайд 20

Описание слайда:

Циклическим (круговым) процессом называется процесс, в результате которого термодинамическая система возвращается в исходное состояние. Циклическим (круговым) процессом называется процесс, в результате которого термодинамическая система возвращается в исходное состояние. Такой процесс на pV-диаграмме изображается замкнутой кривой. Работа A, совершенная системой при круговом процессе, численно равна площади, охватываемой циклом.

Слайд 21

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 22

Описание слайда:

Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии для тепловых процессов и устанавливает количественные соотношения при превращении энергии из одних видов в другие Первое начало термодинамики представляет собой закон сохранения энергии для тепловых процессов и устанавливает количественные соотношения при превращении энергии из одних видов в другие Оно формулируется следующим образом: количество теплоты Q, переданное термодинамической системе, идет на приращение ее внутренней энергии U и на совершение системой работы A над внешними телами: В этом соотношении все величины являются алгебраическими, т.е. могут принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Слайд 23

Описание слайда:

В дифференциальной форме первое начало термодинамики имеет следующий вид: В дифференциальной форме первое начало термодинамики имеет следующий вид: Бесконечно малое изменение внутренней энергии U представляет собой полный дифференциал dU, поэтому интеграл не зависит от пути перехода из состояния 1 в состояние 2 и равен разности внутренних энергий системы в конечном и начальном состояниях (внутренняя энергия является функцией состояния)

Слайд 24

Описание слайда:

Бесконечно малые величины (не приращения!) A и Q представляют собой элементарные работу и количество теплоты соответственно; они не являются полными дифференциалами. Интегралы от этих величин Бесконечно малые величины (не приращения!) A и Q представляют собой элементарные работу и количество теплоты соответственно; они не являются полными дифференциалами. Интегралы от этих величин зависят от пути перехода из состояния 1 в состояние 2. Таким образом, количество теплоты Q12 и работа A12 не являются функциями состояния термодинамической системы, они являются функциями процесса.

Слайд 25

Описание слайда:

Применительно к вечному двигателю первое начало термодинамики формулируется так: вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможен такой двигатель, совершающий периодический процесс, при котором совершенная им работа была бы больше полученной извне энергии. Применительно к вечному двигателю первое начало термодинамики формулируется так: вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможен такой двигатель, совершающий периодический процесс, при котором совершенная им работа была бы больше полученной извне энергии.

Слайд 26

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 27

Описание слайда:

Теплоемкостью тела Стела называется количество теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 К: Теплоемкостью тела Стела называется количество теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 К:

Слайд 28

Описание слайда:

Удельной теплоемкостью с называется теплоемкость единицы массы вещества (количество теплоты, которое нужно сообщить единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на 1 К). Удельной теплоемкостью с называется теплоемкость единицы массы вещества (количество теплоты, которое нужно сообщить единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на 1 К). Молярной теплоемкостью С называется теплоемкость одного моля вещества (количество теплоты, которое нужно сообщить одному молю вещества, чтобы повысить его температуру на 1 К) Размерности этих величин: [cтела] = Дж/К; [c] = Дж/(Ккг); [С] = Дж/(Кмоль); Удельная и молярная теплоемкости связаны соотношением где M – молярная масса вещества.

Слайд 29

Описание слайда:

Найдем количество теплоты Q, которое нужно сообщить телу массы m для того, чтобы нагреть его от температуры T1 до температуры T2: Найдем количество теплоты Q, которое нужно сообщить телу массы m для того, чтобы нагреть его от температуры T1 до температуры T2:

Слайд 30

Описание слайда:

Наибольший интерес представляют теплоемкости процессов, в которых объем или давления являются постоянными (V = const или p = const). Наибольший интерес представляют теплоемкости процессов, в которых объем или давления являются постоянными (V = const или p = const). Молярная теплоемкость идеального газа при постоянном объеме: Отсюда внутренняя энергия одного моля газа а внутренняя энергия массы m газа

Слайд 31

Описание слайда:

Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении Разность теплоемкостей: Из уравнения состояния идеального газа получим:

Слайд 32

Описание слайда:

Таким образом, получаем уравнение Майера, из которого определим физический смысл универсальной газовой постоянной: Таким образом, получаем уравнение Майера, из которого определим физический смысл универсальной газовой постоянной: Универсальная газовая постоянная R численно равна работе, совершаемой одним молем идеального газа при повышении его температуры на один кельвин при постоянном давлении.

Слайд 33

Описание слайда:

Молярные теплоемкости CV и Cp идеального газа выражаются через число степеней свободы молекул i: Молярные теплоемкости CV и Cp идеального газа выражаются через число степеней свободы молекул i: Отношение теплоемкостей является характерной для каждого идеального газа величиной и называется показателем адиабаты.

Слайд 34

Описание слайда:

Слайд 35

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 36

Описание слайда:

Изохорным называется процесс, происходящий при постоянном объеме (V = сonst) Изохорным называется процесс, происходящий при постоянном объеме (V = сonst) Уравнение изохорного процесса имеет вид

Слайд 37

Описание слайда:

Работа идеального газа при изохорном процессе равна нулю (поскольку объем газа не изменяется): Работа идеального газа при изохорном процессе равна нулю (поскольку объем газа не изменяется): Уравнение первого начала термодинамики для изохорного процесса имеет вид: Т.е. все сообщаемое газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии. Теплоемкость при изохорном процессе:

Слайд 38

Описание слайда:

Изобарным называется процесс, происходящий при постоянном давлении (p= сonst) Изобарным называется процесс, происходящий при постоянном давлении (p= сonst) Уравнение изобарного процесса имеет вид

Слайд 39

Описание слайда:

Работа идеального газа при изобарном процессе: Работа идеального газа при изобарном процессе: Уравнение первого начала термодинамики для изобарного процесса сохраняет свой вид: Теплоемкость при изохорном процессе:

Слайд 40

Описание слайда:

Изотермическим называется процесс, происходящий при постоянной температуре (T= сonst) Изотермическим называется процесс, происходящий при постоянной температуре (T= сonst) Уравнение изобарного процесса имеет вид

Слайд 41

Описание слайда:

Работа идеального газа при изотермическом процессе: Работа идеального газа при изотермическом процессе: Уравнение первого начала термодинамики для изотермического процесса: Теплоемкость при изотермическом процессе CT = , т.к. при подведении к газу теплоты его температура не повышается: Изотермический процесс должен идти достаточно медленно, чтобы температура газа могла успеть выравниваться до температуры окружающей среды.

Слайд 42

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 43

Описание слайда:

Адиабатический процесс – это процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q = 0). Адиабатический процесс – это процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q = 0). Уравнение первого начала термодинамики для адиабатического процесса: т.е. при адиабатическом процессе газ совершает работу за счет убыли своей внутренней энергии Адиабатический процесс можно легко осуществить, быстро производя сжатие или разрежение газа.

Слайд 44

Описание слайда:

Получим уравнение адиабатического процесса, рассмотрев уравнение Менделеева – Клапейрона и уравнение первого начала термодинамики в дифференциальной форме для одного моля газа: Получим уравнение адиабатического процесса, рассмотрев уравнение Менделеева – Клапейрона и уравнение первого начала термодинамики в дифференциальной форме для одного моля газа: Получим уравнение адиабаты в переменных pV. Для этого возьмем дифференциал от обеих частей уравнения Менделеева – Клапейрона:

Слайд 45

Описание слайда:

График адиабатического процесса (p ~ V) подобен графику изотермического процесса (p ~ V), однако адиабата идет несколько круче, так как показатель адиабаты  > 1. График адиабатического процесса (p ~ V) подобен графику изотермического процесса (p ~ V), однако адиабата идет несколько круче, так как показатель адиабаты  > 1. Уравнение адиабаты используется для процессов, протекающих очень быстро. Например, быстроходные двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели.

Слайд 46

Описание слайда:

Выражая из уравнения Менделеева – Клапейрона давление p, получим уравнение адиабаты в переменных TV: Выражая из уравнения Менделеева – Клапейрона давление p, получим уравнение адиабаты в переменных TV: Из этого уравнения следует, что при адиабатическом расширении идеальный газ охлаждается, а при адиабатическом сжатии – нагревается. Адиабатическое расширение газов используется для их охлаждения и сжижения. Примером быстропротекающего адиабатического процесса является распространение звука в воздухе. При этом показатель адиабаты связан со скоростью звука в воздухе соотношением где  - плотность воздуха.

Слайд 47

Описание слайда:

Для вычисления работы, совершаемой идеальным газом в адиабатическом процессе, используем уравнение первого начал термодинамики и уравнение адиабаты: Для вычисления работы, совершаемой идеальным газом в адиабатическом процессе, используем уравнение первого начал термодинамики и уравнение адиабаты: или Теплоемкость газа при адиабатическом процессе равна нулю, поскольку

Слайд 48

Описание слайда:

ЛЕКЦИЯ 3. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 49

Описание слайда:

Политропическим называется процесс, протекающий при постоянной теплоемкости (C = const, т.е. не зависит от параметров газа). Политропическим называется процесс, протекающий при постоянной теплоемкости (C = const, т.е. не зависит от параметров газа). Уравнение политропического процесса: где n – показатель политропы.

Слайд 50

Описание слайда:

Найдем теплоемкость при политропическом процессе. Согласно определению теплоемкости Найдем теплоемкость при политропическом процессе. Согласно определению теплоемкости Рассмотрим уравнения Менделеева – Клапейрона и уравнение политропического процесса. Возьмем от низ дифференциалы: Вычтем из одного уравнение второе, тогда

Слайд 51

Описание слайда:

Найдем выражение для работы газа при политропическом процессе. Из уравнения политропы найдем: Найдем выражение для работы газа при политропическом процессе. Из уравнения политропы найдем: Подставим найденное выражение для давления в выражение для работы: