Теплота и работа.
Неотъемлемым свойством материи является движение; оно не уничтожаемо, как сама материя. Движение материи проявляется в разных формах, которые могут переходить одна в другую. Мерой движения материи является энергия.
Как показывают опыты, при протекании термодинамического процесса тела, участвующие в этом процессе, обмениваются между собой энергией. В результате энергия одних тел увеличивается, а других – уменьшается.
Передача энергии в процессе от одного тела к другому может происходить двумя способами.
Первый способ передачи энергии реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел. При этом энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому, т. е. от тела, имеющего большую среднюю кинетическую энергию молекул, к телу, с меньшей средней кинетической энергией молекул. Количество энергии, переданной первым способом от одного тела к другому, называют количеством теплоты, а сам способ – передачей энергии в форме теплоты. Количество энергии, полученное телом в форме теплоты, будем в дальнейшем называть подведенной (сообщенной) теплотой, а количество энергии, отданное телом в форме теплоты, – отведенной (отнятой) теплотой.
Теплота, так же как и любая энергия, измеряется в джоулях или килоджоулях. Принято обозначать произвольное количество теплоты через , а удельное (отнесенное к 1 кг) – через . Подведенная теплота считается положительной, отведенная – отрицательной.
Второй способ передачи энергии связан с наличием силовых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления. Иначе говоря, передача энергии в этом случае происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве.
Этот способ называется передачей энергии в форме работы, а количество переданной энергии в процессе – работой.
Количество энергии, полученное телом в форме работы, будем называть далее совершенной над телом работой, а отданную энергию в форме работы – затраченной телом работой. Работа также измеряется в джоулях или килоджоулях. Затраченная телом работа считается положительной, а совершенная над телом работа – отрицательной.
Произвольное количество энергии, переданное в форме работы, обозначают через , а удельное – через .
В общем случае передача энергии в форме теплоты и в форме работы может происходить одновременно. При этом важно отметить, что в различных термодинамических процессах в зависимости от условий их протекания количество теплоты и работы будет различно.
Следовательно, теплота и работа характеризуют качественно и количественно две различные формы передачи движения от одних тел материального мира к другим.
Работа представляет собой макрофизическую форму передачи энергии, а теплота есть совокупность микрофизических процессов, поскольку передача энергии этим способом происходит на молекулярном уровне без видимого движения тел. Например изменение скоростей движения молекул и обмен энергии при их соударениях, излучение квантов света, глубокие изменения самой структуры молекул и атомов и т. д. Все эти изменения энергии, не поддающиеся непосредственному наблюдению в обычных условиях, проявляются в наших ощущениях в форме теплоты. Количества теплоты и работы являются мерами энергии, переданной телам в форме работы и в форме теплоты.
Количество теплоты, полученное телом, и работа, произведенная телом, зависят от условий перехода тела из начального в конечное состояние, т. е. зависят от характера процесса. Понятие «теплота и работа» возникает только в связи с протекающим термодинамическим процессом. Если нет процесса, то нет теплоты и работы. Поэтому нельзя говорить о запасе теплоты и работы в каком-либо теле.
Отсюда можно сделать вывод, что ни элементарная работа , ни элементарная теплота не являются полными дифференциалами параметров состояния и их нельзя называть приращением количества теплоты и работы. Величины и есть только бесконечно малые количества теплоты и работы, участвующие в элементарном процессе. Поэтому для конечного процесса нельзя писать
и
Последние два интеграла могут быть взяты только тогда, когда будут заданы частные признаки между состояниями 1-2, т. е. условия протекания процесса. Поэтому операцию интегрирования можно обозначать только следующим образом:
Таким образом, в термодинамическом процессе изменения состояния теплота и работа представляют собой два единственно возможных способа передачи энергии от одного тела к другому.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1955;