Основы термодинамики

1. Основы термодинамики

2. Вопросы к зачету 1. Внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии; 2. Работа в термодинамике. 3. 1 закон термодинамики. 4. 2

Вопросы к зачету
1.
2.
3.
4.
5.
Внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии;
Работа в термодинамике.
1 закон термодинамики.
2 закон термодинамики.
Тепловые двигатели. К.П.Д. тепловых двигателей.

3.

_________
Термодинамика – теория тепловых
процессов, в которой не учитывается
молекулярное строение тел.
Термодинамика- раздел физики в основе
которой лежит понятие внутренней
энергии.

4. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела – это сумма
кинетической энергии хаотического
теплового движения частиц (атомов и
молекул) тела и потенциальной энергии
их взаимодействия
Обозначение:
Единицы измерения:
U
[Дж]

5. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

U NE ,
k
m
N
NА число молекул
M
кинетическая энергия
3
E
kT одной молекулы
k
2
3
U NАkT
2
(NAk = R)

6. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

3m
U
RT
2M

7. Внутренняя энергия идеального двухатомного газа

5m
U
RT
2M

8.

Так как
m
pV
RT
M
- уравнение Клапейрона –
Менделеева,
то внутренняя энергия:
3
U pV
2
5
U pV
2
- для одноатомного газа
- для двухатомного газа.

9. В общем виде:

i m
i
U
RT pV
2M
2
где i – число степеней свободы молекул газа
(i = 3 для одноатомного газа и i = 5 для
двухатомного газа)

10.

Внутренняя энергия тела
Евн = Еп + Ек всех молекул тела
Молекулы обладают
потенциальной
энергией, т.к.
взаимодействуют друг с
другом
Еп зависит от
расстояния между
молекулами
(агрегатного
состояния вещества)
Молекулы обладают
кинетической
энергией, т.к.
непрерывно движутся
Ек зависит от
скорости движения
молекул
(температуры)
10

11.

12.

12

13. Увеличение внутренней энергии произошло за счет совершения работы при натирании трубки веревкой

Способ 1
Увеличение
внутренней
энергии
произошло за
счет совершения
работы при
натирании
трубки веревкой
13

14. Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом механическую работу. (удар, сгибание, разгибание – деформация)

14

15. Сжатый воздух выталкивает пробку и при этом охлаждается.

Внутренняя
энергия тела
уменьшается,
если тело само
совершает
механическую работу
15

16.

16

17.

Вода в цилиндре
нагревается,
кипит, образуется пар.
Нагретый пар
расширяется
и выталкивает пробку.
Внутренняя энергия
пара
превращается
в механическую
энергию пробки
17

18.

Способ 2
100⁰ С
60⁰ С
Металлический цилиндр
передал воде
часть своей внутренней энергии
18

19.

Процесс изменения
внутренней энергии без
совершения работы над
телом или самим телом
называется теплопередачей
19

20. Изменение внутренней энергии тела ΔU

Совершение
работы А
Теплообмен Q
теплопроводность
над
телом
ΔU
самим
телом
ΔU
излучение
конвекция

21.

22.

Работа газа

23. Работа в термодинамике

• Работа газа:
A p(V2 V1) p V
• Работа внешних сил:
A A

24. Геометрическое истолкование работы:

Работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или
сжатия) при любом термодинамическом процессе,
численно равна площади под кривой, изображающей
изменение состояния газа на диаграмме (р,V).
P
P
Р1
P
1
S
Р2
V
V1
V2
S
V1
2
V2
V

25.

26.

27.

28. Работа газа при изопроцессах

• При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:
A 0
P
V
Изохорное нагревание

29. При изобарном процессе (Р=const):

• При изобарном процессе (Р=const):
A p V
P
1
2
P
Изобарное расширение
V
V1
V2
A 0

30. При изотермическом процессе (Т=const):

•При изотермическом процессе
(Т=const):
P
m
V2
A
RT ln
M
V1
1
Изотермическое расширение
2
Р2
V1
V2
A 0
V

31. Домашнее задание:

1.Конспект выучить;
2.Решить задачи: Вычислите работу, которую совершил газ при
расширении, если при давлении 1,5·105 Па его объем увеличился с 2 до 6
литров?
3.Чему равно давление газа, находящегося под поршнем в цилиндре, если работа,
совершенная внешней силой при сжатии газа, равна 30Дж? Площадь поршня15см2
перемещение поршня при сжатии 20см.
4. Чему равно давление газа, занимающего объем 2л, если его внутренняя
энергия 300Дж?