Вопрос №1

1)Понятие термодинамической системы.

Определение: Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В термодинамике широко используется понятиетермодинамической системы.

Определение: Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой.

2)Виды термодинамических систем

1)Открытая термодинамическая система(обменивается веществом и энергией с окр.средой

2)Закрытая термодинамическая система(обменивается с окр.средой только веществом)

3)Изолированная термодинамическая система(не обменивается с окр.средой)

3)Внутренняя энергия тел.

Энергию любой системы можно разделить на две части:

1) энергия, зависящая от положения и движения системы, как целого, и

2) энергия, определяемая состоянием и взаимодействием частей системы (вплоть до атомов и молекул). Вторую часть называют внутренней энергией системы U.

Изменение внутренней энергии системы (ΔU) может происходить двумя способами.

Во-первых, система может совершить работу (А) над окружающими телами.

Во-вторых, энергия может быть получена (или отдана) в результате столкновений молекул или испускания и поглощения излучения (в обыденной жизни чаще всего – инфракрасных лучей). В этом случае говорят о передаче тепла (Q). Положительным считается тепло, полученное телом.

По закону сохранения энергии отсюда следует: ΔU = Q – A (1)

Эта формула называется первым началом термодинамики. Она является одним из важнейших соотношений физики и техники.

4)Cвободная и связанная энергии.

внутренняя энергия любой системы состоит из двух разных частей:

1. Свободная энергия G – это та часть внутренней энергии, которую в принципе можно полностью использовать для совершения работы

2. Связанная энергия W_СВЯЗ, которую в данных условиях вообще нельзя превратить в работу. В большинстве случаев связанная энергия – это часть энергии теплового движения составляющих систему частиц.

Сказанное можно выразить в виде формулы: U = G + W_СВЯЗ (2)

5)Обратимые и необратимые процессы.

Процессы, при которых А = ΔG, называются обратимыми, потому что затратив работу А мы можем вернуть систему в исходное состояние.

Все процессы, в которых А < ΔG являются необратимыми; чтобы в этом случае вернуть систему в исходное состояние надо затратить работы больше, чем было получено. В любом реальном процессе часть свободной энергии обязательно превращается в тепло, то есть в связанную энергию.

6)Диссипация свободной энергии.

Переход свободной энергии в тепло называют диссипацией свободной энергии (слово „диссипация “ по-русски значит „рассеяние“). Однако, в некоторых случаях, когда диссипация незначительна, можно условно считать процесс обратимым (как, например, мы считаем воздух идеальным газом).

Вопрос №2

1)Первое начало термодинамики для закрытых процессов

2)Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

Первое начало термодинамики:

при изобарном процессе Q=∆U+A=∆U+P∆V

при изохорном процессе A=0

Q=∆U=(m/M)*Cv∆T

при изотермическом процессе ∆U=0

Q=A=(m/M)*RT In[V₁/V₂]

Здесь m — массагаза,M — молярная массагаза,Cv— молярная теплоёмкостьпри постоянном объёме,p,V,T — давление,объёмитемпература газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.

3)Применение первого начала термодинамики к живым организмам.

. Если свободную энергию, получаемую при их усвоении, обозначить G_ПИЩИ, то первое начало можно записать в таком виде:

G_ПИЩИ = ΔU + A + Q (3)

то есть энергия пищи идёт:

а) на повышение внутренней энергии организма;

б) на совершение работы и

в) на теплоотдачу в окружающую среду (организм всегда должен отдавать тепло, иначе он перегреется, что несовместимо с жизнью).

Внутренняя энергия организма в большинстве случаев лишь колеблется в некоторых пределах, но в среднем остаётся постоянной (ΔU = 0). Тогда

G_ПИЩИ = A + Q (4)

Эта формула называется уравнением энергетического баланса.