ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Карагандинский государственный технический университет
Кафедра физики
ОСНОВЫ
ТЕРМОДИНАМИКИ
Мультимедийная презентация
План лекции
1. Внутренняя энергия идеального газа
2. Работа расширения газа
3. Первое начало термодинамики
4. Теория теплоемкости
5. Цикл Карно и его КПД
6. Энтропия. Связь энтропии с вероятностью
состояния
7. Второе начало термодинамики и его
физический смысл
Внутренняя энергия
идеального газа
Внутренняя энергия
идеального газа складывается
из кинетических энергий его
молекул
im
U
RT
2
Изменение внутренней энергии
Внутренняя энергия является функцией
состояния
Существуют два способа
изменения внутренней энергии:
РАБОТА, совершаемая системой или
внешними силами;
ТЕПЛОТА – передается системе из
окружающей среды.
Тепловой
резервуар
Теплота и работа – функции процесса, а не состояния!!
Работа расширения газа
A  pV
2
A   pdV
1
A0
A0
работу производит газ
работа производится внешними силами
Графическое определение работы
Работа расширения газа
Переход из состояния 1 в состояние 2 осуществляется
разными процессами, и работа в каждом из этих случаев
различна. Работа является функцией процесса
Способы передачи теплоты
1 теплообмен
2 конвекция
3 излучение
Теплообмен
Конвекция
Излучение
Первое начало термодинамики
Q  U  A
Q  dU  A
Теплоемкость
Удельная теплоемкость
c
Q
mdT
Молярная теплоемкость
Q
Q
С

dT m dT

Теплоемкость зависит от вида
процесса
dU i
СV 
 R
dT 2
Молярная теплоемкость
при постоянном объеме
C P  CV  R
CP i  2


CV
i
dU A i  2
СP 


R
dT dT
2
Молярная теплоемкость
при постоянном давлении
Связь между молярными
теплоемкостями
(уравнение Майера)
Коэффициент Пуассона
(показатель адиабаты)
Изобарный процесс
A  pV 
m

RT
im
m
U 
RT  CV T
2

Q  U  A 
m

CP T
Изохорный процесс
A0
im
m
U 
RT  CV T
2

Q  U 
m

CV T
Изотермический процесс
V2
A   pdV  RT ln

V1
1
m
2
U  0
V2
Q  A  RT ln

V1
m
Адиабатный процесс
При адиабатном сжатии
увеличение давления обусловлено
не только уменьшением объема,
но и увеличением температуры.
Уравнения процесса:
 1

 V1  
p1V1
A
1    
  1   V2  
A  U
pV  const

TV

 1
T p
1
 const
 const
Цикл Карно
1-2 изотерма
2-3 адиабата
3-4 изотерма
4-1 адиабата
 max
A Q1  Q2
 
Q1
Q1
T1  T2

T1
Энтропия
Для цикла Карно
Q
Q1 Q2

0
T1 T2
или
 T 0
Клаузиус ввел величину, называемую энтропией:
dS 
Q
T
Энтропия
Больцман связал энтропию с термодинамической
вероятностью:
S  k ln w
Энтропия является мерой неупорядоченности
системы; большая энтропия соответствует
большему хаосу
Второе начало термодинамики
Невозможен процесс самопроизвольной передачи
тепла от холодного тела к горячему
Невозможно создание вечного двигателя второго рода,
т.е. двигателя, совершающего работу за счет теплового
резервуара, без изменения в окружающих телах
Энтропия изолированной системы при любы процессах в
ней не может убывать
S  0
S  0
для обратимых
процессов
S  0
для необратимых
процессов
Спасибо за внимание
Разработчики:
Ст. преподаватель кафедры физики Курочкина Т.Н.