Термодинамика

1. ТЕРМОДИНАМИКА

Раздел физики, в котором изучаются
свойства тел без использования
представлений о характере движения и
взаимодействия частиц, из которых они
состоят.

2. Внутренняя энергия

Кинетическая энергия хаотического
поступательного движения молекул
Кинетическая энергия вращательного движения
молекул
Кинетическая и потенциальная энергия
колебательного движения молекул
Потенциальная энергия, обусловленная силами
межмолекулярного взаимодействия
Химическая энергия (энергия внутримолекулярного
взаимодействия)
Энергия электронных оболочек атомов и ионов
Внутриядерная энергия

3. Факторы, определяющие внутреннюю энергию тела:

Агрегатное состояние
Температура
Объем
Масса тела
Род вещества, из которого состоит
данное тело

4. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа

Для идеального газа: U=U(T), т.к. взаимодействием на
расстоянии пренебрегаем
3
3m
3m
3
3
U NE N kT
N A kT
RT RT pV
2
2M
2M
2
2
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:
3
U RT
2
или
3
U pV
2
4

5. СВЯЗЬ МЕЖДУ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИЕЙ И ТЕМПЕРАТУРОЙ

,
где
U – внутренняя энергия,
m – масса газа,
М – молярная масса,
R = 8,31 Дж/(моль · К) – универсальная газовая
постоянная
Т – абсолютная температура
Анализ: U ~ T; U ~ m; ∆U ~ ∆T

6. Способы изменения внутренней энергии:

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
СОВЕРШЕНИЕ
РАБОТЫ

7. Виды теплопередачи:

Теплопроводность
Конвекция
Излучение

8.

Теплопроводность.Рассмотрим два тела, имеющих различную температуру и
находящихся в тепловом контакте, или одно неравномерно нагретое тело. Переход к
равновесному состоянию проявляется в возникновении потока теплоты в направлении
убывания температуры. Механизм переноса теплоты связан с передачей энергии при
столкновении молекул. Этот способ передачи теплоты называется теплопроводностью.
Конвекция. Если в поле силы тяжести на некоторой высоте температура воздуха или
жидкости окажется больше равновесного значения,то уменьшение плотности приведет к появлению
выталкивающей силы, благодаря которой возникает течение, стремящееся перемешать среду так,
чтобы в ней установилось однородное распределение температур. Такое движение среды называют
свободной конвекцией
Тепловое излучение. Все тела, температура которых Т>0 К, излучают электромагнитные
волны. Например, кусок железа, нагретый до 550 0C, изучает, в основном, электромагнитные волны,
воспринимаемые глазом как свет красного цвета. При комнатной температуре все тела излучают
инфракрасные волны. Если температура тела выше температуры окружающей среды, то тело
охлаждается.
меню

9.

Энергию, которую тело получает
или отдаёт в процессе теплообмена,
называют количеством теплоты (Q).
Количество теплоты, как и все
другие виды энергии, измеряется в
системе СИ в Джоулях: [Q] = Дж

10. Количество теплоты Q

Переданное телу
при нагревании
Необходимое для
плавления тела
Необходимое для
испарения
жидкости
Выделяющееся
при сгорании
топлива
Q cm t1 t2
Q m
Q Lm
Q qm

11.

1. Q = cm Δ t –
при нагревании охлаждении
тела массой m; с – удельная
теплоёмкость тела;
2. Q = ± r m –
при испарении и конденсации;
r – удельная теплота
парообразования;
3.Q = ± λ m –
при плавлении и кристаллизации;
λ – удельная теплота плавления.

12. Нагревание или охлаждение

При нагревании или охлаждении тела
количество теплоты, поглощаемое или
выделяемое им, рассчитывается по формуле:
Q = сm(t2 – t1),
где m – масса тела, кг;
(t2 – t1) – разность температур тела,° С (или
К);
с – удельная теплоёмкость вещества, из
которого состоит тело,

13.

С- удельная теплоемкость-количество
теплоты, которое получает или
отдает 1 кг вещества при изменении
его температуры на 1 К.
Зависит не только от свойств
вещества, но и от того при каком
процесс осуществляется
теплопередача.

14.

Значения удельных теплоемкостей других веществ можно найти в
справочниках, а также в школьном учебнике или задачнике.
При нагревании тела его внутренняя энергия увеличивается. Это
требует притока энергии к телу от других тел. Значит, оно
поглощает некоторое количество теплоты, принимая его от других
тел, участвующих в теплообмене.
При охлаждении тела его внутренняя энергия уменьшается.
Поэтому остывающее тело отдаёт кому-либо некоторое количество
теплоты.

15.

В формуле произведение cm для каждого
конкретного тела есть величина постоянная.
Её называют теплоёмкостью тела и
обозначают С:
C = c m.
ДЖ/* С
Размерность теплоемкости: Теплоемкость
тела показывает, сколько энергии нужно
подвести к данному телу, чтобы нагреть его
на 1° С (или сколько энергии выделяет это
тело, остывая на 1° С).

16. Кипение или конденсация

При достижении жидкостью температуры кипения
начинает происходить другой фазовый переход –
кипение, при котором расстояния между
молекулами значительно увеличиваются, а силы
взаимодействия молекул уменьшаются. Вся
подводимая к жидкости теплота идет на разрыв
связей между молекулами. При конденсации пара в
жидкость, наоборот, расстояния между молекулами
значительно сокращаются, а силы взаимодействия
молекул увеличиваются. Для кипения жидкости
энергию к жидкости нужно подводить, при
конденсации пара энергия выделяется. Количество
теплоты, поглощаемое при кипении или выделяемое
при конденсации, рассчитывается по формуле:

17.

где m – масса тела, кг;
– удельная теплота плавления,
Удельная теплота плавления показывает, сколько энергии
нужно сообщить одному килограмму данного вещества,
взятого при температуре плавления, чтобы полностью
превратить его при этой температуре в жидкость (или
сколько энергии выделяет 1 кг жидкости, взятой при
температуре кристаллизации, если вся она при этой
температуре полностью превратится в твёрдое тело).
Удельную теплоту плавления любого вещества можно
найти в справочниках.

18. r – удельная теплота парообразования

Количество теплоты, необходимое
для превращения при постоянной
температуре 1 кг жидкости в пар