Уравнение состояния
Внутренняя энергия системы. Работа и теплота
Уравнение адиабаты идеального газа
Термохимические уравнения
Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры
Закон Джоуля
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
Определения
Условия равновесия в многокомпонентных гетерогенных системах
Навигация
Внутренняя энергия системы. Работа и теплота
Основы термодинамики
40166
знаков
3
таблицы
4
изображения
2.2. Внутренняя энергия системы. Работа и теплота.
В термодинамике под энергией понимают меру способности системы совершать работу, при этом полную энергию системы разделяют на внешнюю и внутреннюю. Внешняя энергия системы состоит из энергии движения системы как целого и потенциальной энергии системы в поле внешних сил, а энергия всех видов движения и взаимодействия частиц, входящих в систему, называется внутренней энергией и обозначается U. 
Очевидно, что внутренняя энергия состоит из энергии поступательного и вращательного движения молекул, колебательного движения атомов, межмолекулярного взаимодействия, внутриатомной энергии заполнения электронных уровней, внутриядерной.
При росте температуры внутренняя энергия растет. При взаимодействии системы с окружающей средой происходит обмен энергией. Способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров системы называется работой. Способ передачи без изменения внешних параметров называется теплотой, а процесс передачи теплообменом.
Количество энергии, переданное системой с изменением внешних параметров, называется работой А. Работа – способ передачи упорядоченного движения.
Работа и теплота Q не являются видами энергии, а характеризуют лишь способ передачи энергии, т.е. процесс. Состоянию системы не соответствует какое-либо значение А или Q. Мы будем считать, что A > 0, если система совершает работу против сил сопротивления внешней среды, и Q > 0, если энергия передается системе. Теплоту и работу измеряем в одних единицах.
2.3. I закон.
Любая термодинамическая система обладает функцией состояния – внутренней энергией. Эта функция состояния возрастает на величину сообщенного системе количества тепла dQ и уменьшается на величину совершенной системой внешней работы dA. Для замкнутой системы справедлив закон постоянства энергии.
dU = dQ – dA (1).
Если в наличии конечное изменение состояния, то имеем конечный процесс 1 → 2:
(2), 
, 
, 
. (2) превращается в 
(3). U, Q и А имеют одинаковую размерность.
2.4. Работа расширения.
Пусть наша система характеризуется только одним внешним параметром объемом V. Давление Р характеризует взаимодействие системы с внешней средой и измеряется силой, отнесенной к единице поверхности. Если система находится в равновесии, то давление одинаково во всех частях системы и равняется внешнему давлению. Тогда работа изменения объема системы:
, 
, 
- зависит от р=р(V).
V = Const, то dV = 0, dA=0, то A=0, т.е. ΔU = 
, в этом случае тепловой эффект равен изменению функции состояния.
p = Const, то 
; T = Const, то . В этом случае необходимо знать уравнение состояния системы 
.
Если система - идеальный газ, то 
, поскольку pV = nRT, А
в связи с тем, что при T=const p1V1 = p2V2.
R = 0,082
Это стоит запомнить.
Кроме того, при Т = Const для идеального газа U = Const, dU = 0, A = Q, т.е. все тепло, полученное идеальным газом, перешло в работу.
Для адиабатического процесса dQ = 0 (Q = 0), dU = -dA, -ΔU = A т.е. положительная работа совершается за счет уменьшения U.
2.5. Теплота и теплоемкость.
Теплоемкостью системы называется отношение количества тепла, сообщенного системе в каком-либо процессе, к соответствующему изменению температуры:
1 кал = 4,1840 дж, 1 дж = 107 эрг (СИ)
Поскольку Q-функция процесса, то 
, а 
, 
.
Связь между Ср и Сv для любых систем найдем следующим образом.
dQ = dU + pdV I закон.
Выберем в качестве независимых переменных объем и температуру, тогда внутренняя энергия:
и 
,
а 
.
Разделим правую и левую части на dT, получим:
.
Отношение 
есть отношение приращений независимых переменных, то есть величина неопределенная, и чтобы снять неопределенность, необходимо указать характер процесса. Пусть процесс изохорный.
V = Const 
и 
=СV.
Отсюда 
.
Далее при p = Const 
= Ср
И для любых систем 
.
Для идеальных газов 
(Строго докажем при II законе).
А поскольку pV = RT, то 
.
Заметим, что 
– работа, которую совершает система, преодолевая внутренние силы сцепления. Производная 
имеет размерность давления и называется внутренним давлением.
Похожие работы
... тем существенным фактором, который отличает необратимые процессы в изолированных системах от аналогичных процессов в неизолированных, или открытых, системах. Второе начало термодинамики и утверждение о возрастании энтропии при любом необратимом процессе было сформулировано именно для изолированных систем. Значит, нельзя просто переносить его на неизолированные системы. Чтобы перейти к описанию ...
... и химическим процессам, происходящим в веществе, в различных системах. Важным достижением на пути этого процесса интеграции знаний было открытие фундаментального закона природы - закона сохранения и превращения энергии. Основатель термодинамики С. Карно в своем труде "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способах развивать эту силу" пишет: "Тепло - это не что иное, как движущая сила, ...
... , или термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу. Часто второе начало термодинамики преподносится как объединенный принцип существования и возрастания энтропии. Принцип существования энтропии формулируется как математическое выражение энтропии термодинамических систем в условиях ...
... . Но публикация этого вывода была осуществлена уже после признания закона сохранения энергии, поэтому данный вывод не сыграл той роли. которую мог сыграть, будучи опубликованным ранее. Но так или иначе Карно заложил основы термодинамики как раздела физики, изучающего наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между ...
0 комментариев