- •1. Задачи «Молекулярной физики». Основные положения мкт, их анализ. Модель идеального газа.
- •4. Понятие о степенях свободы молекулы. Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы.
- •5. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Законы идеального газа.
- •6. Броуновское движение. Теория Эйнштейна-Смолуховского. Опыты Перрена.
- •7. Барометрическая формула. Распределение Больцмана
- •8. Распределение молекул газа по компонентам скорости.
- •9. Распределение молекул газа по скоростям (распределение Максвелла)
- •11. Среднее число столкновений молекулы газа в единицу времени и средняя длина свободного пробега. Газокинетический диаметр молекулы газа
- •12. Задачи термодинамики. Внутренняя энергия. Ее свойства. Квазистатические процессы.
- •13. Теплота. Теплоёмкость. Теплоёмкость идеального газа в изопроцессах.
- •14. Первое начало термодинамики. Применение первого начала к изопроцессам в идеальном газе.
- •15. Адиабатный процесс. Уравнение адиабаты. Вычисление работы в адиабатном процессе.
- •18. Второе начало термодинамики. Его различные формулировки.
- •19. Тепловые машины. Цикл Карно. Первая теорема Карно. Кпд цикла Карно.
- •20. Вторая теорема Карно. Неравенство Клаузиуса. Энтропия термодинамический системы. Закон возрастания энтропии.
- •21. Статистический смысл энтропии. Понятие о статистическом весе макросостояния термодинамической системы.
- •22. Метод термодинамических функций (внутренняя энергия и энтальпия).
- •23. Метод термодинамический функций (свободная энергия и термодинамический потенциал Гиббса).
- •24.Критерии устойчивости термодинамических систем. Принцип Ле-Шателье—Брауна. Общие критерии термодинамической устойчивости
- •Принцип Ле-Шателье – Брауна
- •25. Первое, второе и третье начала термодинамики.
- •26. Реальные газы. Уравнение ВдВ. Изотермы газа ВдВ.
- •27. Критическое состояние. Параметры критического состояния. Критическая опалесценция.
- •28. Приведенное уравнение Ван-дер-Ваальса
- •29. Внутренняя энергия и теплоёмкость газа Ван-дер-Ваальса.
- •30. Эффект Джоуля—Томсона (Вступление для 30-32).
- •3. Эффект Джоуля—Томсона (а≠0, в≠0). (Вопрос 32)
- •33. Жидкости и их свойства. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения.
- •34. Условия равновесия на границе жидкость—твёрдое тело.
- •35. Условия равновесия на границе жидкость—жидкость.
- •36. Силы поверхностного натяжения. Давление под искривлённой поверхностью.
- •37. Капиллярные явления.
- •40. Фазы и фазовые превращения. Скрытая теплота фазового перехода. Уравнение теплового баланса.
- •41. Условие равновесия двухфазных систем. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
- •42. Метастабильные состояния: перенасыщенный пар, перегретая жидкость.
- •43. Зависимость давления насыщенного пара от температуры.
- •44. Условия равновесия трёх фаз химически однородного вещества. Тройная точка.
- •45. Растворы. Их характеристики. Законы Рауля и Генри. Диаметры растворимости.
22. Метод термодинамических функций (внутренняя энергия и энтальпия).
Термодинамические потенциалы (термодинамические функции) — характеристическая функция в термодинамике, убыль которых в равновесных процессах, протекающих при постоянстве значений соответствующих независимых параметров, равна полезной внешней работе.
Метод термодинамических потенциалов помогает преобразовывать выражения, в которые входят основные термодинамические переменные и тем самым выражать такие «труднонаблюдаемые» величины, как количество теплоты, энтропию, внутреннюю энергию через измеряемые величины — температуру, давление и объём и их производные.
Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.
Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.
Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:
где
— теплота, измеренная в джоулях
— работа, измеренная в джоулях
Для квазистатических процессов выполняется следующее соотношение:
где
— температура, измеренная в кельвинах
— энтропия, измеренная в джоулях/кельвин
— давление, измеренное в паскалях
— химический потенциал
— количество частиц в системе
Энтальпия, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.
Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.
Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV: H = E = U + pV
Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния ΔH = H2 − H1
Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т: H = H(p,T)
Энтальпия — величина аддитивная, т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей .
Энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например, при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна
где Xi — обобщённая сила; yi — обобщённая координата.
Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, так как изменение объёма при постоянном давлении определяется только начальным и конечным состоянием системы.
Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра равно нулю, а отсюда ΔU = 0 и ΔH = 0.