Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты

1. Тема: «Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты».

2. Содержание

• Внутренняя энергия
• Работа в термодинамике
• Количество теплоты
_________
Определение: Термодинамика – теория тепловых
процессов, в которой не учитывается
молекулярное строение тел.

3. Внутренняя энергия

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

4. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

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

5. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

3 m
U
RT
2M

6.

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.

7. 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)

8. Изменение внутренней энергии тела ΔU

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

9. Работа в термодинамике

10. Работа в термодинамике

• Работа газа:
A p(V2 V1 ) p V
Работа внешних сил:
A A
• Работа А, совершаемая
внешними телами над газом,
отличается от работы А'
самого газа только знаком:

11. Работа газа при изопроцессах

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

12. При изобарном процессе (Р=const):

A p V
P
1
2
P
A 0
Изобарное расширение
V
V1
V2

13. При изотермическом процессе (Т=const):

Изотермическое расширение
P
1
A 0
2
Р2
V1
V2
V

14. 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).

15. Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

Процесс
Нагревание или
охлаждение
Кипение или
конденсация
формула
Q cm T
С – удельная теплоёмкость
вещества [ Дж/кг 0К], m –
масса [кг], ΔT – изменение
температуры [ 0K].
– удельная теплота
Q rm rпарообразования
[ Дж/кг ]
Плавление или
кристаллизация
Q m λ- удельная теплота плавления
Сгорание
топлива
– удельная теплота сгорания
Q qm qтоплива
[ Дж/кг ]
вещества [ Дж/кг ]

16. Закрепление

1. Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного
газа при температуре 27 °С?
2. На сколько изменяется внутренняя энергия гелия
массой 200 г при увеличении температуры на 20 °С?
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего
аэростат объемом 60 м3 при давлении 100 кПа?
4. В вертикально расположенном цилиндре с площадью
основания 1 дм2 под поршнем массой 10 кг,
скользящим без трения, находится воздух. При
изобарном нагревании воздуха поршень поднялся на
20 см. Какую работу совершил воздух, если наружное
давление равно 100 кПа?

17. Закрепление