Основы физической кинетики Основы статистической физики Основы термодинамики Теплоемкость идеального газа Кристаллическое состояние Строение жидкостей . Модная и стильная детская одежда оптом от производителя с доставкой по России.

Молекулярная физика и термодинамика

Основы термодинамики

В основе термодинамики лежат три фундаментальных закона, называемых началами термодинамики.

Первое начало термодинамики:

Количество теплоты, сообщённое газу, идёт на приращение внутренней энергии газа и на совершение газом работы над внешними телами.

   - первое начало термодинамики.

Определим физические величины, входящие в этот закон.

а) Внутренняя энергия идеального газа равна

 ,

где  - количество вещества, i – число степеней свободы молекул газа. Элементы квантовой механики и физики атомов, молекул, твердых тел

Тогда изменение внутренней энергии газа равно

  - изменение внутренней энергии газа.

Рис. 1

б) Вычислим теперь работу, совершаемую газом при изменении объёма. Для этого рассмотрим газ, находящийся в цилиндре под поршнем, который может свободно перемещаться. При нагревании давление газа P , будет оставаться постоянным, и, как видно из рисунка, работа, которую совершает газ, будет равна:

 ,

где dV = S dl - изменение объема газа.

работа, совершаемая газом при изменении его объема

  -

в) Наконец, найдём формулу для подсчёта количества теплоты, сообщенной газу массы при его нагревании на . Для этого введем понятие молярной теплоёмкости газа

 .

Молярная теплоёмкость газа – это количество теплоты, сообщённой 1 молю газа, для увеличения его температуры на .

Тогда формула для подсчёта теплоты будет иметь вид

 - теплота, сообщённая газу для

  увеличения его температуры на dT.

Первое начало термодинамики

 Внутренняя энергия энергии термодинамической системы может изменяться в результате различных процессов, например совершения над системой работы и сообщения ей теплоты. Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работе и теплоте. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения и превращения энергии; применительно к термодинамическим процессам этим законом и является первое начало термодинамики, установленное в результате обобщения опытных данных.

Допустим, что некоторая система (газ, заключенный в цилиндр под поршнем), обладая внутренней энергией , получила некоторое количество теплоты  и, перейдя в новое состояние, характеризующееся внутренней энергией , совершила работу  над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты считается положительным, когда оно подводится к системе, а работа — положительной, когда система совершает ее против внешних сил. Опыт показывает, что в соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из первого состояния во второе изменение внутренней энергии  будет одинаковым и равным разности между количеством теплоты , полученным системой, и работой , совершенной системой против внешних сил:

или

Последнее уравнение выражает первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил.

Применим первое начало термодинамики к изопроцессам в газе. Изопроцесс - это процесс, происходящий в газе, когда один из параметров, описывающих газ, является постоянным.

Соотношение Майера Сначала рассмотрим закон, описывающий этот процесс и его график в координатах (P,V).

Продолжим рассмотрение изобарического процесса. Подставляя полученные выражения для dQ, dU, dA в первое начало термодинамики, получим:

Первое начало термодинамики при изотермическом процессе Тогда dQ = dA - При изотермическом процессе вся теплота, сообщенная газу, идет на работу, совершаемую газом: Q = A.

Термодинамика адиабатического процесса: dQ=0 Несмотря на то, что мы поочерёдно рассмотрели процессы с V=const, P=const, T=const, список характерных газовых процессов этим не исчерпывается.

Воспользовавшись уравнением Менделеева-Клапейрона PV = nRT, можно перейти к переменным (P,V) и (T,P).

Сила трения качения: , где  - радиус катящегося тела;  - коэффициент трения качения. Ее радиус-вектор равен , где  и  - соответственно масса и радиус-вектор -й материальной точки;  - число материальных точек в системе. Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Если при прямолинейном перемещении  тела на него действует постоянная сила , то элементарная работа этой силы равна: . Мощность, развиваемая силой  в момент времени, когда тело имеет скорость , равна: .
Гармонические колебания