Краткие сведения из теории. В основе термодинамики лежат три начала или закона

В основе термодинамики лежат три начала или закона. Первый закон термодинамики выражает закон сохранения энергии и формулируется следующим образом: количество теплоты, сообщенное системе расходуется на изменение ее внутренней энергии и выполнения системой работы против внешних сил.

Математически этот закон запишется:

(4.1)

В термодинамике для характеристики тепловых свойств тел пользуются понятием теплоемкость.

Теплоемкость тела численно равно количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу для изменения его температуры на один градус. Теплоемкость различных тел различная и зависит от массы тела. Удельная теплоемкости и молярная не зависят от масс данного вещества.

Удельная теплоемкость, численно равна количеству теплоты, которое надо сообщить 1кг веществ для изменения его температуры на один градус::

, (4.2)

Молярная теплоемкость – величина, численно ровная количеству теплоты, которое надо сообщить 1 молю вещества для изменения его температуры на один градус:

, (4.3)

Так как число молей , то молярная теплоемкость больше чем удельная в (молярная масса) раз:

(4.4)

Теплоемкости газа зависит от способа передачи теплоты: различают теплоемкости при постоянном объеме () и при постоянном давлении . Согласно теории молярные теплоемкости идеального газа при постоянном объеме (изохорная) и при постоянном давлении (изобарная) соответственно равны:

; (4.5)

(4.6)

где R – универсальная газовая постоянная, ;

i – число степеней свободы молекулы газа.

Числом степеней свободы называется число независимых координат, которые однозначно определяют положение молекулы в пространстве. Отношение молярной теплоемкости газа при постоянном давлении к молярной теплоемкости газу при постоянном объеме называется коэффициентом Пуассона или показателем адиабаты:

(4.7)

Работа, которую выполняет газ при изменении его объема от V₁ до V₂ равна:

(4.8)

Результат интеграции определяется характером зависимости между давлением и объемом газа, то есть зависит от вида процесса.

Таким образом, количество теплоты Q и работа А зависят от вида процессов, при которых система (газ) переходит из одного состояния в другое. Изменение внутренней энергии идеального газа не зависит от вида процесса и всегда определяется выражением:

(4.9)

Учитывая первый закон термодинамики, для основных термодинамических процессов будут справедливы следующие отношения.

При изохорном процессе (V=const) все подведенное к системе тепло идет на изменение внутренней энергии:

В этом случае будет справедливым закон Гей-Люссака.

(4.10)

При изобарном процессе (P=const) подведенное к системе тепло расходуется на изменение внутренней энергии и на совершения системой работы против внешних сил:

и выполняется закон Шарля:

(4.11)

При изотермическом процессе (T=const) подведенное тепло тратится только на свершения работы над внешними телами:

. (4.12)

Отношения между параметрами состояния газа определяются законом Бойля-Мариотта

PV=const (4.13)

При адиабатном процессе изменение состояния газа происходит без теплообмена с окружающей средой, поэтому работа свершается лишь за счет изменения внутренней энергии системы

Соотношение между давлением и объемом идеального газа в адиабатном процессе выражается уравнением Пуассона

(4.14)

К адиабатным условиям приближаются быстро текучие процессы, например, расширения газа в стволе при выстрелах из пистолета, автомата, оружия; расширение и сжатие газа в звуковой волне; расширение и сжатие газа в тепловых двигателях и прочее.

Дата добавления: 2015-11-04