Внутренняя энергия, работа и теплота в термодинамике.

Определение: внутренняя энергия термодинамической системы называется энергия, включающая в себя энергию всевозможных видов движения и взаимодействия всех частиц (молекул, атомов...) образующих ТДС.

Внутренняя энергия системы , находящихся в газообразном состоянии:

1) Кинетическая энергия беспорядочно движущихся (поступательное и вращательное) молекул, также колебательные движения атомов в молекуле.

2) Потенциальная энергия обуславливается силами межмолекулярного взаимодействия.

3) Энергия электронов оболочек атомов.

4) Энергия движения и взаимодействие нуклонов в атомных ядрах.

ί=3 одноатомная молекула

x,y,z,θ,φ

ί=5 двухатомная молекула

(поступательное+ вращательное+

колебательное)

Независимо от числа степеней свободы молекул, 3 степени свободы- поступают и на каждую из этих степеней свободы приходится средняя кинетическая энергия . В классической статистической физике выводится закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул. Для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия на каждую поступательную и вращательную степени свободы молекул приходится энергия , а на каждую колебательную степень свободы приходится кинетическая энергия, равная .

Внутренняя энергия выражается:

- степень свободы для 1 моля

для газа массы m.

Определение: энергия, передаваемая рассматриваемой термодинамической системы внешними телами называется работой, совершаемой над системой. Энергия, передаваемая системе внешними телами путём теплообмена называется тепловой.

Работа и теплота, в отличие от внутренней энергии характеризует не состоянием системы, а процессы происходящие внутри системы, следовательно, работа и теплота не являются функциями состояния, а величины , не являются полными дифференциалами.

1.4 Первое начало термодинамики.

Теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение работы системой над внешними телами.

Если система периодически возвращается в первоначальное состояние, то изменение внутренней энергии равно нулю. A=Q.

Вечный двигатель первого рода - периодически действующий двигатель, который совершал бы большую работу, чем сообщает ему из вне энергию невозможен.

1.5 Работа расширения газа.

1.6 Теплоёмкость вещества.

Удельная теплоёмкость вещества – величина, равная количеству теплоты, которой необходимо для нагревания 1кг вещества на 1к.

Молярная теплоёмкость – величена численно равная количеству теплоты для поднятия температуры 1моля вещества на 1к.

Первое начало термодинамики, записанное для 1моля газа имеет вид:

Если газ нагревают при постоянном объеме, то работа dA=Q и теплота идёт только на изменение внутренней энергии:

Если газ нагревают при постоянном давлении,то:

1.7 Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.

1) V=const, m=const изохорный процесс

для 1 моля

2) Изобарный процесс р=const, m=const

dA=pdV

Из полученного соотношения следует физический смысл универсальная газовая постоянная R, т.е. если разность температур , равна 1 К, то для 1 моля газа R равна работе А при изобарном процессе

3) Изотермичесский процесс

T=const, m=const

1.8 Адиабатный процесс.

- процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой