основы термодинамики

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ U  – это кинетическая энергия движения и
потенциальная энергия взаимодействия частиц, составляющих тело.
U   Дж.
Внутренняя энергия идеального газа определяется только кинетической энергией
движения молекул, т. к., по определению, молекулы идеального газа не
взаимодействуют, следовательно, потенциальная энергия их взаимодействия этого газа
равна нулю.
Если в задаче идет речь об идеальном одноатомном газе, то при ее решении
используют формулу для расчета внутренней энергии идеального одноатомного
3
2
газа: U    R  T . Используя, уравнение Менделеева – Клапейрона pV    RT , формулу
можно записать в виде: U 
3
pV .
2
СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛ.
1) Теплопередача. Виды теплопередачи:
- Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых тел или частей одного тела
к менее нагретым, осуществляемый благодаря движению и взаимодействию частиц
вещества. Хорошей теплопроводностью обладают твердые тела, в особенности
металлы, низкая теплопроводность у жидкостей и газов, т. к. взаимодействие между их
молекулами слабее, чем у твердых тел.
- Конвекция – перенос энергии струями жидкости или газа. Теплые струи
поднимаются вверх, холодные опускаются вниз.
- Излучение – перенос энергии невидимыми тепловыми (инфракрасными) лучами.
Хорошо поглощают тепловые лучи тела с темной поверхностью, светлые, зеркальные
поверхности отражают эти лучи. Поэтому темные тела быстрее светлых нагреваются,
но и быстрее охлаждаются.
Количество теплоты Q  это та часть внутренней энергии, которую тело получает
или выделяет при теплопередаче. Если вещество поглощает тепло, то Q >0, если
вещество выделяет тепло, то Q <0.
Тепловой
Формула для расчета
процесс
количества теплоты
Нагревание и
Q  cmT , где c 
Удельная теплоемкость
охлаждение
удельная
вещества численно равна
теплоемкость
количеству теплоты, которое
вещества.
поглощается или выделяется 1 кг
Q  CT , где C  cm 
данного вещества при изменении
теплоемкость тела.
Физический смысл с,  , r , q
температуры на 1 К 1О С .
с 
Дж
.
кг  К
C  
Дж
.
К
Плавление и
Q   m
Удельная теплота плавления
отвердевание
Q    m, где  
вещества численно равна
удельная теплота
количеству теплоты, которое
плавления вещества.
необходимо сообщить 1 кг
вещества при температуре
плавления, чтобы его
расплавить.
  
Парообразование
и конденсация
Дж
.
кг
Q  rm
Удельная теплота
Q   rm, где r 
парообразования вещества
удельная теплота
численно равна количеству
парообразования.
теплоты, которое необходимо
сообщить 1 кг вещества при
температуре кипения, чтобы его
превратить в пар.
r  
Сгорание
топлива
Дж
.
К
Q   qm, где q 
Удельная теплота сгорания
удельная теплота
топлива численно равна
сгорания топлива.
количеству теплоты, которое
выделяется при полном сгорании
1 кг данного топлива.
q  
Дж
.
кг
При
решении задач значения с,  , r , q берутся из соответствующих таблиц.
Вещество отвердевает при такой же температуре, при которой плавится. В процессе
плавления кристаллического вещества и в процессе отвердевания температура
вещества не изменяется. Из этого следует, что кинетическая энергия молекул
вещества при плавлении и отвердевании не изменяется.
При температуре плавления вещество может находиться и в твердом и в жидком
состоянии.
При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии
больше, чем внутренняя энергия той же массы этого вещества в твердом
состоянии.
СПОСОБЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ
Испарение – это парообразование, происходящее с поверхности жидкости.
Скорость испарения зависит от:
1) Рода жидкости. 2) Площади свободной поверхности жидкости.
3) Температуры жидкости. 4) Наличия ветра над поверхностью жидкости.
Испаряться могут и твердые тела.
Т. к. число частиц в испаряющемся веществе уменьшается, его внутренняя энергия
тоже уменьшается, что приводит к понижению температуры вещества.
Кипение – это парообразование, происходящее во всем объеме жидкости,
сопровождающееся образованием и ростом пузырьков пара. При кипении температура
жидкости не изменяется, если давление над ее свободной поверхностью не изменяется,
увеличение давления над жидкостью приводит к повышению температуры кипения и
наоборот уменьшение давления над жидкостью приводит к понижению температуры
кипения.
Температура кипящей жидкости равна температуре пара, поэтому при переходе
жидкости в газообразное состояние кинетическая энергия молекул не изменяется.
При одной и той же температуре внутренняя энергия вещества в газообразном
состоянии больше, чем внутренняя энергия той же массы этого вещества в
жидком состоянии.
Теплопередача (теплообмен) между телами происходит до тех пор, пока не
наступит тепловое равновесие. Тепловое равновесие – это такое состояние, при
котором все тела системы имеют одинаковую температуру. В состоянии теплового
равновесия все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются
неизменными.
Если по условию задачи между телами происходит теплообмен, то для ее решения
удобно пользоваться уравнением теплового баланса: Q1  Q2  Q3    0, где
Q1 , Q2 , Q3 ,  количества теплоты для тех процессов, которые происходят с веществами
по условию данной задачи.