Міністерство освіти і науки України Державний Університет “Львівська Політехніка” Лекція №7 З фізики Львів-2006 Розділ 7. ТЕРМОДИНАМІКА 7.1. Основні поняття термодинаміки Термодинаміка вивчає найбільш загальні макроскопічні властивості тіл, що проявляються при перетвореннях одних видів енергії в інші. Надалі тіло чи систему тіл будемо називати термодинамічною системою. Стан термодинамічної системи задається з допомогою таких величин, як: р – тиск V – об’єм Т – температура Ці величини називаються термодинамічними параметрами. В стані термодинамічної рівноваги всі параметри системи не змінюються з часом, а тиск і температура є однаковими в усіх частинах системи. При цьому термодинамічні параметри зв’язані між собою рівнянням, яке називається рівнянням стану. Рівняння стану ідеального газу – це рівняння Менделеєва-Клапейрона.
, (7.1) де M – маса газу, μ– молярна маса, R = 8,31 Дж/(моль К) – універсальна газова стала. Важливим поняттям термодинаміки є поняття внутрішньої енерґії. Внутрішня енерґія U ідеального газу складається лише з середньої кінетичної енерґії молекул газу і залежить від температури газу:
, (7.2) де і – число ступенів вільності молекули. Для реальних газів внутрішня енерґія залежить і від інших термодинамічних параметрів. Внутрішня енерґія є функцією стану системи: кожному стану системи відповідає певне значення внутрішньої енерґії. При переході системи зі стану 1 в стан 2 зміна внутрішньої енергії дорівнює:
U = U2 ( U1 . (7.2а) Якщо після проходження проміжних станів система повертається у початковий стан, то:
U = 0. (7.2б) 7.2. Перший закон термодинаміки Обмін енерґією між термодинамічною системою і зовнішніми тілами може відбуватися двома способами: шляхом теплообміну ( системі передається кількість теплоти Q) шляхом виконання роботи . Формулювання першого закону термодинаміки: Кількість теплоти Q, яка надається системі, витрачається на збільшення внутрішньої енерґії системи ΔU і на виконання роботи А проти зовнішніх сил. Q =
U + A . (7.3) Звичайно цей закон записують для безмежно малих величин:
Q = dU +
A . (7.4) Відмінність у позначеннях величин пов’язана з тим, що dU означає зміну внутрішньої енергії, а
А і
Q ( лише безмежно малі величини.
A = pdV . (7.5) Перший закон термодинаміки запишемо у вигляді:
Q = dU + pdV . (7.6) Застосуємо перший закон термодинаміки до ізопроцесів в ідеальних газах: ізохорний процес ( М,V = const )
Якщо V =const, то dV = 0, отже
A = 0 . Тому:
Q = dU . (7.7) При ізохорному процесі вся теплота, надана системі, йде на збільшення внутрішньої енерґії системи. ізотермічний процес (М, T = const ) pV = const Якщо T = const , то з (7.2) U = const і dU = 0 отже:
Q =
A . (7.8) При ізотермічному процесі вся теплота, надана системі, йде на виконання системою роботи проти зовнішніх сил. Якщо об’єм системи змінюється від V1 до V2 , то виконана системою робота описується формулою:
. (7.9) Якщо система розширюється ( V2(V1), то А(0 ; при стиску системи (V2(V1) A(0. ізобарний процес ( М, p = const )
Формулювання першого закону термодинаміки для ізобарного процесу співпадає із загальним формулюванням. Робота, виконана при ізобарному розширенні системи від об’єму V1 до об’єму V2 ,
. (7.10) При стиску системи (V2(V1) A(0. 7.3. Теплоємність Теплоємністю тіла на...