Презентация.Основы термодинамики (1)

1.

«Основы
термодинамики»

2.

3.

Внутренняя энергия (U)
U = Eп + Ек
Еп – суммарная потенциальная энергия взаимодействия
молекул
Ек – суммарная кинетическая энергия движения молекул
Для идеального газа: Еп = 0, U=Eк

4.

Ек = Е N
3
Е = kT
2
N = N А
3
U = Ек = Е N = kT N А
2
k NА = R
3
3
3 m
U = RT =
RT = pV
2
2
2M
-внутренняя
энергия
идеального
одноатомного
газа

5. 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)

6. Изменение внутренней энергии тела ΔU

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

7. Работа в термодинамике

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

8. Работа газа в изопроцессах

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

9. При изобарном процессе (Р=const):

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

10.

11.

F
= const
)
S*
Изобарный процесс (
р=
S
F
S = h 2 − h1
F = рS*
A = рS* (h2 − h1) = р V
h2
h1
A = F S cos α
A = рV2 − pV1 = RT2 − RT1
A = р V = R T
p
Работа в термодинамике численно
равна площади фигуры под графиком
процесса в координатах р(V)
p
0
1
V
2
р
V1
V2 V

12. При изотермическом процессе (Т=const):

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

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

Процесс
Нагревание или
охлаждение
Формула
Q = cm T
С – удельная теплоёмкость
вещества [ Дж/кг 0К],
m – масса [кг],
ΔT – изменение температуры [ 0K].
Кипение или
конденсация
Q = rm
Плавление или
кристаллизация
удельная теплота плавления
Q = m λвещества [ Дж/кг ]
Сгорание
топлива
Q = qm
r – удельная теплота
парообразования [ Дж/кг ]
q – удельная теплота сгорания
топлива [ Дж/кг ]

14. Если в изолированной системе происходит теплообмен между несколькими телами, то

Q1 + Q2 + Q3 + ... = 0
- уравнение
теплового баланса

15. Первый закон термодинамики

16. Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии системы при
переходе ее из одного состояния в другое
равно сумме работы внешних сил и количества
теплоты, переданного системе:
U = Q + A
Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то
А = - А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона).
Тогда:
Q = U + A
другая форма записи первого закона термодинамики
16

17. Применение первого закона термодинамики к различным процессам

Процесс
Изохорный
Постоянный Первый закон
параметр
термодинамики
V = const
A'=0, ΔU = Q
Изотермический Т = const
ΔU =0, Q = A'
Изобарный
p = const
Q = ΔU + A'
Адиабатный –
Q = const
Q =0, ΔU = -A'
процесс, проходящий без
теплообмена с
окружающей средой

18. Второй закон термодинамики

19. Формулировка закона: Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных

изменений в обеих системах или в
окружающих телах

20.

21. КПД тепловых двигателей

22.

Тепловые двигатели – это
устройства, превращающие
внутреннюю энергию топлива
в механическую работу

23. Тепловые двигатели

Машины, преобразующие внутреннюю энергию в
механическую работу, называют тепловыми двигателями
Тепловые
двигатели
Двигатели
внутреннего
сгорания
Карбюраторные
(внешнее
смесеобразование)
Турбины
Паровые
двигатели
Дизельные
(внешнее
смесеобразование)
Паровые
Газовые
23

24.

Принцип действия тепловых двигателей
Т1 – температура
нагревателя
Т2 – температура
холодильника
Q1 – количество
теплоты,
полученное от
нагревателя
Q2 – количество
теплоты, отданное
холодильнику

25.

КПД тепловых машин
Нагреватель Тн
Qн
Рабочее тело
(Газ)
Qх
Холодильник Тх
А
А Qн − Qх
=
=
Qн
Qн
Qх
= 1−
Qн
1 или 100%

26.

Цикл Карно – самый эффективный
цикл, имеющий максимальный КПД
Т н −Т х
max = T
н