Два способа изменения внутренней энергии. Теплота и работа
Состояния термодинамической системы (т.е. и её внутренняя энергия) могут быть изменены двумя способами: 1). Путём теплообмена (конвективным способом, теплопроводностью, тепловым излучением). 2). Путём совершения механической работы. Количество энергии, переданное системе внешними телами путём теплообмена называется количеством теплоты: Количество теплоты – величина скалярная и алгебраическая; принято считать: Работой А, совершаемой над системой называется количество энергии, переданное системе внешними телами при силовом взаимодействии между ними. Работа – величина алгебраическая; принят считать: А> 0 – работа, совершаемая системой над внешней средой; А′ < 0 – работа, совершаемая над системой внешними телами; причём А′ = Работа и теплота, как формы передачи энергии, качественно различны. Механическая работа может идти на изменение как внутренней энергии системы, так и её механической энергии. Энергия, сообщаемая в форме теплоты, идёт только на увеличение внутренней энергии системы. Обратимые и необратимые процессы В термодинамике различают обратимые и необратимые процессы. Обратимым термодинамическим процессов называется процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения. Примеры обратимых процессов:механический процесс при отсутствии трения; упругий удар о горизонтальную плоскость. Обратимость механических движений означает их симметричность по отношению к изменению знака времени. Необходимым условием обратимости термодинамического процесса является его равновесность (квазистатичность). Всякий обратимый процесс является равновесным, но не всякий равновесный процесс – обратимым. Обратимый процесс является процессом идеализированным. Все реальные процессы протекают с конечной скоростью, сопровождаются трением, диффузией, теплообменом, т.е. все реальные процессы необратимые. Необратимым термодинамическим процессом называется процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения. Такой процесс в прямом направлении протекает самопроизвольно, а для осуществления его в обратном направлении требуется компенсирующий процесс во внешних телах, в результате которого состояние этих тел оказывается отличным от первоначальных. Примеры необратимых процессов: процесс торможения тел под действием сил трения; процесс расширения газа в пустоту; процесс теплообмена между контактирующими телами с различной температурой и т.п. Однако, если процесс протекает достаточно медленно (квазистатически), то степенью его необратимости можно пренебречь. Работа расширения идеального газа. Графическое изображение работы Рассмотрим идеальный газ, находящийся под невесомым подвижным поршнем. Процесс расширения газа будем считать квазистатическим, т.е. P = const (рис. 118). Если газ, расширяясь, передвигает поршень на расстояние dl, то производит над ним работу:
Рис. 118. Тогда элементарная работа расширения газа под поршнем равна:
Полная работа, совершаемая газом при конечном изменении объёма выражается через интеграл: A12 = Графически можно изображать только равновесные (квазистатические) процессы. Изменение давления газа при его расширении задаётся на рис. 119
Рис. 119. Элементарная работа Из рис. 119 видно, что работа A12 зависит от того, как система переходит из состояния 1 в состояние 2, т.е. от вида процесса. Круговые процессы (циклы) Термодинами́ческие ци́клы — круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия), совпадают (рис. 120). Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу.
Рис. 120. Круговым процессом (циклом) называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой. Цикл можно разбить на процессы расширения (1 Так как внутренняя энергия системы зависит только от её состояния, то полное изменение внутренней энергии в цикле равно нулю (∆U = 0). Однако, полная работа в цикле не равна нулю: А11 В прямом цикле Прямой цикл осуществляется в тепловой машине, обратный – в холодильной машине. Вывод: работа А и количество теплоты ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|