- •Основы термодинамики
- •Внутренняя энергия
- •Внутренняя энергия
- •Внутренняя энергия
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Теплота и работа
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Число степеней свободы молекулы. Закон о равномерном
- •• Поступательные степени свободы связаны с движением молекулы как целого в пространстве, вращательные
- ••Если связь между атомами не жесткая, то добавляются колебательные степени свободы.
- ••Независимо от общего числа степеней свободы молекул 3 степени свободы всегда поступательные.
- ••Больцман установил закон, согласно которому для статистической системы (т. е. для системы у
- •Теплоемкость
- •Теплоемкость
- •Теплоемкость
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Уравнение Майера
- •Коэффициент Пуассона
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Необратимый процесс
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Тепловые двигатели
- •Тепловые двигатели
- •Тепловые двигатели
- •КПД теплового двигателя
- •КПД теплового двигателя
- •КПД теплового двигателя
- •Термодинамические циклы
- •Термодинамические циклы
- •Термодинамические циклы
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Третье начало термодинамики
- ••Нернст Вальтер Фридрих Герман (1864–1941) – немецкий физик и физико-химик, один из основоположников
- ••Согласно Нернсту, изменение энтропии S стремится к нулю при любых обратимых изотермических процессах,
- ••Нернст сформулировал теорему для изолированных систем, а затем М. Планк распространил ее на
- ••Объяснение теоремы Нернста можно дать только на основании квантово-механических представлений.
- ••Следствием третьего начала является то, что
•Больцман установил закон, согласно которому для статистической системы (т. е. для системы у которой число молекул велико), находящейся в состоянии термодинамического равновесия на
каждую поступательную и вращательную степень свободы приходится в среднем кинематическая энергия, равная 1/2 kT, и на каждую колебательную степень свободы - в среднем энергия, равная kT.
•Колебательная степень свободы «обладает» вдвое большей энергией потому, что на нее приходится не только кинетическая энергия (как
в случае поступательного и вращательного движения), но и потенциальная энергия, причем .
• Таким образом средняя энергия молекулы
• |
Мы будем рассматривать молекулы с жесткой |
|
|
связью, поэтому |
|
• |
Так как в идеальном газе взаимная |
|
|
потенциальная энергия молекул равна нулю |
|
|
(молекулы не взаимодействуют между собой), |
|
|
то внутренняя энергия 1 моля равна |
|
|
произведению средней энергии одной |
|
|
молекулы на число молекул в моле вещества, |
|
|
то есть на число Авогадро |
|
• |
Для |
молей газа |
Теплоемкость
Взаимодействие, при котором термодинамическая система отдаёт или получает энергию только за счет совершения работы, называется адиабатическим,
а взаимодействие, при котором термодинамическая система отдаёт или получает энергию только за счет разности, температур называется тепловым.
Энергия, передаваемая системе при тепловом взаимодействии, называется теплотой.
Теплота – это энергия в форме молекулярного движения.
Для количественного описания величины переданного тепла вводят понятие теплоёмкости. Различают удельную и молярную теплоёмкость.
Теплоемкость
•Удельная теплоемкость вещества -
величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К:
•Единица удельной теплоемкости - джоуль на килограмм-Кельвин (Дж/(кг-К)).
Теплоемкость
•Молярная теплоемкость - величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К:
где ν - количество вещества, выражающее число молей.
•Единица молярной теплоемкости - джоуль на моль- Кельвин (Дж/(моль- К)).
•Удельная теплоемкость Cm связана с молярной Сν соотношением
Сm = Сν М,
где М — молярная масса вещества.
Первое начало термодинамики
•Запишем выражение первого начала термодинамики для 1 моля газа с учетом формул для количества теплоты и работы:
Сν dT = dU + p dV
•Если газ нагревается при постоянном объеме, то работа внешних сил равна нулю (dV = 0)) и сообщаемая газу извне теплота идет только на увеличение его внутренней энергии:
•т. е. молярная теплоемкость газа при постоянном объеме CV равна изменению внутренней энергии 1 моля газа при повышении его температуры на 1 К.
Первое начало термодинамики
•внутренняя энергия моля идеального газа равна
тогда
Первое начало термодинамики
• Если газ нагревается при постоянном давлении, то выражение для Ср будет иметь вид
• Учитывая, что dU/dT не зависит от вида процесса (внутренняя энергия идеального газа не зависит ни от р, ни от V, а определяется лишь температурой Т) и всегда равна СV ; продифференцировав
уравнение Клапейрона–Менделеева pV = RT по Т (р = const), получим
Ср = СV + R
Уравнение Майера
Ср = СV + R
•уравнение Майера;
•оно показывает, что Ср всегда больше СV на величину молярной газовой постоянной.
•Это объясняется тем, что при нагревании газа при постоянном давлении требуется еще дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа, так как постоянство давления обеспечивается увеличением объема газа.
•При рассмотрении термодинамических процессов важно знать характерное для каждого газа отношение Ср/СV:
ϒ= Cp/Cv = (i + 2)/i.
Коэффициент Пуассона
ϒ= Cp/Cv = (i + 2)/i
-коэффициент Пуассона или показатель адиабаты.
Физический смысл газовой постоянной R.
R - это работа, совершаемая молем идеального газа при повышении его температуры на 1К при постоянном давлении.
Молярные теплоемкости определяются лишь числом степеней свободы и не зависят от температуры.