- •Особенности термодинамики как науки.
- •Основные определения термодинамики.
- •Координаты и потенциалы.
- •Пример 3. Химические реакции и фазовые превращения.
- •Правило знаков для потенциалов:
- •Теплота и работа. Внутренняя энергия.
- •Работа на деформацию (деформационная работа).
- •Взаимодействия равновесное и неравновесное. Процессы статические и нестатические.
- •Уравнения состояния системы.
- •Уравнения состояния реальных газов.
- •Работа и теплота. Свойства работы и теплоты.
- •Характеристические функции.
- •Дифференциальные соотношения термодинамики.
- •Отличительные особенности типов дифференциальных соотношений.
- •2. Теория теплоёмкости разнородных систем.
- •2.1. Виды теплоемкостей.
- •2.2. Общая формула для теплоемкостей однородных систем.
- •2.3. Теплоёмкость идеального газа.
- •2.4. Зависимость теплоёмкости от давления, объёма и температуры.
- •2.5.Исследование теплоемкостей идеального газа.
- •2.6.Исследование зависимости изохорной и изобарной теплоёмкостей идеального газа от величины температуры.
- •2.7.Зависимость теплоёмкости от температуры. Истинная и средняя теплоёмкости.
- •3.Вычисление энтропии.
- •3.1.Энтопия. Общие формулы для энтропии идеального а реального газов.
- •3.2.Уравнение адиабаты реального газа в общем виде.
- •4.Исследование термодинамических процессов.
- •4.1.Политропный (политропический) процесс.
- •4.2.Метод определения показателя политропы по двум точкам.
- •4.3.Теплоемкость в политропном проессе.
- •4.4.Работа, теплота и внутренняя энергия в политропном процессе.
- •Исследование изопроцессов. Работа, теплота и внутренняя энергия в изопроцессах.
- •Второй закон термодинамики.
Дифференциальные соотношения термодинамики.
1)Рассмотрим сопряжение по координатам и запишем выражения для двух произвольных потенциалов P i и P j на основании формулы (24)
Рассмотрим два потенциала i, j:
и .
Продифференцируем первое выражение по j-той координате, а второе – по i-той:
,
Так как от порядка дифференцирования результат не изменяется, то правые части выражений равны, тогда равны и левые части
(55)
Уравнение (55)- первый тип дифференциальных соотношений термодинамики.
Действительное и обращённое соотношение для первого типа:
(56)
2) Рассмотрим сопряжение по потенциалам без вывода( вывод аналогичен случаю 1) можно сразу записать прямое и обращенное соотношения
(57)
(58) (57,58)- второй тип дифференциальных соотношений в термодинамике
Рассмотрим смешанное сопряжение, без вывода можно получить два прямых и два обращенных соотношения:
,
, .
Отличительные особенности типов дифференциальных соотношений.
Первый и второй типы дифференциальных соотношений составлены из параметров разных классов, а дифференциальные соотношения третьего типа составлены из параметров одного класса;
Первый тип дифференциальных соотношений отличается от второго типа тем, что в первом типе инвариантными являются координаты, а во втором – потенциалы.
Во всех дифференциальных соотношениях частные производные составлены из параметров разных взаимодействий
Каждая частная производная дифференциальных соотношений это какое-то свойство системы не всегда имеющее название.
Пусть требуется определить какое-то свойство системы, которое выражается . Для опытного определения этого свойства заменяем частную производную приближенным соотношением для определения этого свойства поддерживается постоянная температура, варьировать значение объема ∆v и фиксировать изменение ∆S.
Создать такую установку невозможно, так как приборов для измерения энтропии нет.
Выход из положения в этом случае возможен при использовании дифференциальных соотношений в термодинамике.
–третий тип (класс координат)
Таким образом, дифференциальные соотношения термодинамики являются мощным средством, позволяющим заменить изучение одного свойства системы другим, более удобным для изучения.
Мнемонические приёмы:
«Родня – по-диагонали»;
«Кровные браки запрещены», т.е. частные производные составлены в дифференциальные соотношения из параметров разнородных взаимодействий.
- не относится ни к одному из типов.
Примеры:
- 2-ой тип;
- нет такого типа;
- 3-ий тип.
Каждая частная производная – какое-то конкретное физическое свойство системы.
- температурный коэффициент объёмного расширения системы.
2. Теория теплоёмкости разнородных систем.
2.1. Виды теплоемкостей.
Однородными называются системы, у которых свойства в различных её частях одинаковы.
Теплоёмкостью называется количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы количества вещества на 1градус.
₵
В зависимости от того, что является единицей измерения количества вещества. Различают:
массовую (удельную) теплоёмкость ;
мольную (молярную) теплоёмкость
Примечание: 1 Кмоль – количество вещества в кг, численно равное его молекулярной массе;
объёмная теплоёмкость Cw, т.к. объём занимаемый газом зависит от его давления и температуры, то объёмные теплоёмкости в справочной литературе, как правило, даются для нормальных физических условий.
НФУ: Рн=101325 Па (760 мм.рт.ст.)
Тн=273,15 К
Объемная теплоемкость с массовой связаны следующим соотношением:
,
Где норм = – плотность вещества при НФУ
Из определения теплоёмкости имеем (59), отсюда следует, что у каждого процесса есть своя теплоёмкость, то есть для изменения температуры единицы количества вещества на один градус в разных процессах потребуется различное количество теплоты.
Таким образом по видам процессов различают: изохорную, изобарную, изотермическую, адиабатную теплоемкость, а также теплоемкости политропного процесса.
Тогда для изохорного процесса различают:
Сv - массовая изохорная теплоемкость
сv –мольная (молярная) изохорная теплоёмкость;
cWv – объёмная изохорная теплоёмкость.
Для изобарного процесса (p=const) имеем:
cp – массовая изобарная теплоёмкость.
сp – (молярная) мольная изобарная теплоёмкость;
cWp – объёмная изобарная теплоёмкость.
В справочной литературе содержится значение только изохорной и изобарной теплоемкостей. Изотермических и адиабатных теплоемкостей в справочниках нет, потому что заранее известно что:
cT = сT = cWT =
то есть все изотермические теплоемкости равны , а адиабатные теплоемкости равны 0, этот результат следует из формулы (59).