- •Физические основы
- •Введение
- •1. Термодинамическая система. Основные параметры состояния системы
- •2. Уравнение состояния идеального газа. Идеальная газовая смесь
- •3. Термодинамические процессы
- •4. Внутренняя энергия термодинамической системы
- •5. Энтальпия
- •6. Эквивалентность теплоты и работы. Историческая справка
- •7. Особенности процессов передачи энергии в форме теплоты и работы
- •8. Первый закон термодинамики для замкнутой термодинамической системы
- •9. Первый закон термодинамики в дифференциальном виде. Формула для расчёта механической работы при изменении объёма системы
- •10. Понятие теплоемкости
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Теплоёмкость газов
- •10.3. Теплоёмкость твёрдых и жидких тел
- •Значения температуры Дебая для некоторых веществ
- •11. Открытие энтропии
- •12. Второй закон термодинамики
- •13. Третий закон термодинамики
- •14. Основные соотношения для расчёта процессов в идеальном газе
- •15. Расчёт процессов в идеальном газе
- •15.1. Изохорный процесс
- •15.2. Изобарный процесс
- •15.3. Изотермический процесс
- •15.4. Адиабатный процесс
- •15.5 Политропный процесс
- •Значение показателя политропы n для основных термодинамических процессов в идеальном газе
- •Библиографический список
- •2.1. Уравнение Клапейрона
- •2.2. Понятие моль вещества
- •2.3. Закон Авогадро
- •2.4. Уравнение Клапейрона – Менделеева
- •3.1. Смеси идеальных газов
- •3.2. Парциальные давления в газовой смеси. Закон Дальтона
- •3.3. Приведённый объём компонента газовой смеси. Закон Амага
- •3.4. Химический состав газовой смеси
- •3.5. Газовая постоянная идеальной газовой смеси
- •3.6. Кажущаяся молярная масса идеальной газовой смеси
- •3.7. Удельный объём или плотность газовой смеси
- •3.6. Соотношение между массовыми и объёмными долями идеальной газовой смеси
- •4.1. Обратимые и равновесные процессы
- •5.1. Удельные объёмные и мольные теплоёмкости
- •5.2. Соотношения между удельными теплоёмкостями для газов и газовых смесей
- •5.3. Расчёт значений средних теплоёмкостей
- •5.4. Теплоёмкость смеси идеальных газов
- •6.1. Существование энтропии у реальных (не идеальных) газов
- •6.2. Существование энтропии у систем, находящихся в жидком или твёрдом состояниях
- •Оглавление
- •194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.
7. Особенности процессов передачи энергии в форме теплоты и работы
Как следует из сказанного выше и работа, и теплота являются количеством энергии, которое один материальный объект передаёт другому в некотором термодинамическом процессе.
Если термодинамического процесса не происходит, то по определению, термодинамическая система находится в состоянии равновесия и ни о теплоте, ни о работе говорить не приходится – их нет. Можно сказать, что они равны нулю.
Если некоторый термодинамический процесс происходит, то в общем случае, энергия в ходе процесса может передаваться от одного материального объекта другому по двум различным механизмам: в форме теплоты и в форме механической работы.
Примечание:
Теплота и работа являются неравноценными формами передачи энергии.
Они неравноценны, прежде всего потому, что работа может быть непосредственно направлена на пополнение запаса любого вида энергии. Например: потенциальной энергии в поле силы тяготения; электрической и магнитной энергии; внутренней энергии и др.
Теплота же непосредственно, то есть без промежуточного преобразования в работу, может быть направлена на пополнение запаса только внутренней энергии тел.
Отличительные признаки теплоты и работы можно проиллюстрировать на следующем примере. Рассмотрим установку на рис. 7.1, в которой газ находится в канале 1 между двумя подвижными поршнями 2.
Также установка содержит две пружины 3 и электронагреватель 4.
Пружины 3 прикреплены к поршням 2 и стенкам канала 1 таким образом, что давление, которое газ оказывает на поршни 2, уравновешивается силами, действующими на них со стороны пружин 3.
Эксперимент состоит в подводе к газу некоторого количества энергии в форме теплоты с помощью электронагревателя 4.
В результате подвода теплоты газ расширяется. Его температура возрастает. Пружины 3 сжимаются. Их потенциальная энергия возрастает.
Рис. 7.1.Экспериментальная установка
В этом процессе обмениваются энергией следующие материальные объекты: электронагреватель 4 и молекулы газа; молекулы газа и поршни 2, во врем их перемещения из начального положения в конечное; поршни 2, во время их перемещения, и пружины 3.
Для наглядности будем считать поршни невесомыми. Так что их энергия в ходе процесса не изменяется.
В этом случае поршни 2 являются передаточным звеном при передаче энергии от молекул газа пружинам 3. Эта передача энергии связана с расширением газа и совершением механической работы по сжатию пружин. То есть энергия от термодинамической системы при её расширении отводится от неё в форме механической работы, которая затрачивается на сжатие пружин 3 – на увеличение их потенциальной энергии.
Электронагреватель 4, который также можно рассматривать как термодинамическую систему, передавая энергию молекулам газа, своих границ не расширяет и, соответственно, никакой механической работы не производит (если перемещение равно нулю, то и механическая работа, по определению, будет равна нулю). Такой механизм передачи энергии, называют теплообменом. Энергия в подобных случаях передаётся в форме теплоты или по механизму теплообмена. (Всего существует, как известно, три механизма теплообмена: теплопроводность, конвекция и излучение).
Приведённый пример позволяет сделать следующие выводы.
Отличительным признаком передачи энергии в форме механической работы является то, что такой обмен энергии происходит при обязательном смещении границ системы, например, при её расширении или сжатии.
Отличительный признак передачи энергии в форме теплоты состоит в том, что такой обмен энергией системы с окружающей средой может происходить без смещения границ системы, то есть без изменения её объёма.