Внутренняя энергия системы - функция состояния. Макроскопическая работа. Теплота. Эквивалентность теплоты и работы. Первое начало термодинамики

Энергия системы:

E_k - Кинетическая энергия поступательного движения системы как целого,

E_p -потенциальная энергия системы во внешнем поле.

U-внутренняя энергия системы.

Внутренняя энергия

-атомов и молекул

-ядер и электронов

-энергия движения и взаимодействия всех частиц, составляющих систему.

При обычных процессах структура молекул и атомов не меняется, следовательно, U₂ (ядер и электронов)=const, и рассматривают U₁(атомов и молекул). При взаимодействии термодинамической системы с внешней средой её внутренняя энергия изменяется.

При этом возможны два способа передачи энергии:

1.процесс совершения работы,

2. теплопередача (теплопроводность, конвекция, излучения)

Макроскопическая (термодинамическая) работа.

Принято считать, что если система совершает работу против действия внешних сил, то эта работа положительная. Если внешние силы совершают работу над системой, то работа отрицательная.

Макроскопическая работа

-это мера изменения внутренней энергии системы в процессе совершения работы. Работа является функцией процесса но не является функцией состояния.

A=площади «под кривой»

Аналитическая формулировка 1 начало термодинамики

1 начало термодинамики- закон сохранения энергии для тепловых процессов

тепло, подводимое к системе, расходуется на увеличение её внутренней энергии и совершение работы против действия внешних сил.

1 н. т/д- частный случай всеобщего(фундаментального) закона сохранения энергии:

полная энергия замкнутой системы может изменяться только качественно оставаясь неизменной.

Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе

Политропический процесс – процесс, при котором изменяются все основные параметры системы, кроме теплоемкости, т.е. С=const

Уравнение политропы:

Здесь и- показатель политропы

С помощью этого показателя можно легко описать любой изопроцесс:

1. изобарический процесс Р=const, n=0

2. изотермический процесс Т= const, п = 1, СТ=± ∞

3. изохорический процесс V= const, n = ± ∞

4. адиабатический процесс ΔQ = 0, n = γ, C_ад =0

Во всех этих процессах работу можно вычислить по формуле:

Изохорный процесс

Диаграмма этого процесса (изохора) в координатах p,V изобр-ся прямой, параллельной оси ординат

δQ=dU δA=pdV=>δA=0

Удельная теплоемкость равна кол-ву теплоты, которое небход. Затратить для нагрев. 1кг вещ-ва на 1К.

С=δQ/mdT [Дж/кг*К]

Молярная теплоемкость при V=const

Сv=δQ/νdT Cv=δQ/νdT=(ν=1; δQ=dU)=dU/dT

U=i/2kT*Na=i/2RT

Cv=i/2R-не зависит от Т, опр-ся только числом степеней свободы i

20.. Изобарный процесс. Формула Майера

Диаграмма этого процесса в координатах p,V изобр-ся прямой параллельной оси V. При изобарном процессе работа газа при увеличении объема от V₁ до V₂ равна