Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Изменение внутренней энергии при: нагревании и охлаждении, парообразовании и конденсации, плавлении и конденсации.
Внутренняя энергия 1 атомного газа.
WpΣ=0 ΣEп=0
Для идеального газа WpΣ=0. Поэтому внутренняя энергия U идеального газа складывается из кинетических энергий хаотического, теплового движения его молекул:
Если 1 атомный газ содержит N молекул, каждая из которых обладает в среднем кинетической энергии <Wк>=3/2 кг , то внутренняя энергия этого газа равна:
U=N<Wк>m/M*NA*3/2*kT=3/2*m/M*RT=3/2*PV
U=3/2*m/M*RT
U=3/2*PV
Способы изменения внутренней энергии
Теплообмен- самопроизвольный, необратимый процесс передачи энергии от более нагретых тел к менее нагретым без совершения работы.
Теплопроводность- передача энергии от более нагретых частей тел к менее нагретым, приводящая к выравниванию температуры.
Конвекция- обмен энергией между движущимся неравномерно нагретыми частями газов или жидкостей. Ее интенсивность зависит от разности температуры между слоями и вязкости среды.
Излучение- передача энергии без непосредственно контактов тел, обменивающихся энергией.
Расчет изменения внутренней энергии для различных процессов
-
ПРОЦЕСС
ФОРМУЛА
ПРИМЕЧАНИЕ
Нагревание и охлаждение
ΔU=cmΔT
c-удельная теплоемкость тела
Плавление или кристаллизация
ΔU=±λm
λ- удельная теплота плавления
Парообразование или конденсация
ΔU=±rm
r- удельная теплота парообразования
Сгорание
ΔU=qm
q- удельная теплота сгорания
Работа газа при изобарном изменении его объема. Первое начало термодинамики.
Работа совершаемая идеальным газом при его расширении.
Если газ, расширяясь передвигает поршень на расстояние Δl, то он производит над ним работу.
A=FΔl=pSΔl=Pδv
Работа
при расширении газа (ΔV>0),
работа при сжатии отрицательна (ΔV<0).
Выражение справедливо при любых
изменениях объема твердых, жидких и
газообразных тел. (S-площадь
поршня; p-давление; SΔl=Δl-
изменение объема системы)
Первое начало термодинамики
Это закон сохранения и превращение энергии применительно к термодинамическим процессам
Q=ΔU+A’
Количество теплоты переданное системе идет на увеличение внутренней энергии этой системы и совершения работы этой системой (газа).
A’- работа самого газа над внешними телами A’>0, т.к u↑
A- работа над газом
A<0, т.к u↓
A’=A
3. Применение первого начала термодинамики к изо процессам. Адиабатный процесс. Примеры.
-
ПРОЦЕСС
Условие протекания процесса
(Q=ΔU+A) применимо к изо процессу
Изотермическое расширение
Q=A
Изотермическое сжатие
Q=A
Изохорное охлаждение
Q=ΔU
Изохорное нагревание
Q=ΔU
Изобарное расширение
Q=ΔU+A
Изобарное сжатие
Q=ΔU+A
Адиабатное расширение
ΔQ=0
A’=-ΔU
Понятие о вечном двигателе. Это воображаемый механизм, который безостановочно движ-ся и совершает работу не потребляя при этом энергии из вне:
A’=-ΔU- вечный двигатель первого рода не возможен, т.к нельзя бесконечно совершать работу за счет бесконечной внутренней эгергии.