 |
|
Первое начало термодинамики.
Термодинамика
Термодинамика - основанный на трех эмпирических законах (три начала термодинамики) раздел физики, изучающий превращения энергии в различных явлениях, сопровождающихся тепловыми эффектами.
Состояние тела - совокупность всех признаков, имеющих объективную меру (плотность, упругость, степень нагретости, степень наэлектризованности, процентное соотношение между количествами разных веществ, из которых слагается тело, и т. д.). и характеризующих все чем-либо различающиеся друг от друга участки тела.
Равновесное состояние тела - состояние, при котором все характеризующие тело признаки (без влияния извне каких-либо процессов) во всех участках тела остаются неизменными сколь угодно долго.
Температура эмпирическая - мера отклонения тела от состояния теплового равновесия с тающим льдом, находящимся под давлением в одну атмосферу.
t°C = ((Vx - V тающий лед ) / (V кипящая вода - V тающий лед))´100°C [град C]
1°C - изменение температуры, происходящее при изменении объема термометрической жидкости, равном 0,01(Vкипящая вода - Vтающий лед).
V кипящая вода и V тающий лед - объемы термометрической жидкости, находящейся в тепловом равновесии с водой в соответствующем агрегатном состоянии,
Vx - объем термометрической жидкости, находящейся в тепловом равновесии с телом, температуру которого определяют.
n°C(шкала Цельсия) = (0,8n)°R (шкала Реомюра) = (1,8n + 32)°F (шкала Фаренгейта)
Уравнение состояния - уравнение, связывающее три основных параметра состояния: давление, объем и температуру.
Равновесный процесс - процесс, при котором система проходит через ряд непрерывно следующих друг за другом равновесных состояний.
Работа силы - скалярная физическая величина, равная скалярному произведению силы, действующей на тело, на его перемещение,
A = Fs cos a [Дж]
Работа системы при изобарическом процессе: A = p DV
Работа внешних сил при изобарическом процессе: A’ = -p DV
Теплопередача - процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы над ним или им самим.
Способы теплопередачи (передача энергии в форме тепла) - излучение, теплопроводность, конвекция.
1. Излучение. Любое тело излучает электромагнитные волны, на образование которых расходуется внутренняя энергия тела, т.е. если нет притока теплоты или работы извне, тело охлаждается. Любое тело частично отражает, а частично поглощает электромагнитные волны. Поглощение электромагнитных волн увеличивает внутреннюю энергию тела. С увеличением температуры энергия излучения растет. Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме. Интенсивность излучения и поглощения энергии телом зависит от состояния его поверхности.
2. Конвекция - перенос энергии веществом. Если движение вещества возникает вследствие изменения его энергии, конвекцию называют свободной, а если оно возникает под действием внешних сил - вынужденной.
3. Теплопроводность - перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц. Этот процесс не сопровождается переносом вещества.
Количество теплоты - энергия, которую тело теряет или получает при теплопередаче.
Q [Дж]
Внутреннюю энергию тела измеряют суммой работы, которую необходимо затратить, и тепла, которое необходимо сообщить телу, чтобы перевести это тело из начального состояния в заданное состояние.
DU = A + Q [Дж]
Формы передачи энергии - работа и теплота. (Количество работы и количество тепла представляют собой меру энергии, переданной в двух различных, единственно возможных формах - в формах работы и тепла. Теплота и работа эквивалентные, но неравноценные формы передачи энергии.)
Изопроцессы:
1. Изотермический процесс - процесс изменения состояния системы при постоянной температуре.
2. Изобарический процесс - процесс изменения состояния системы при постоянном давлении.
3. Изохорический процесс - процесс изменения состояния системы при постоянном объеме.
4. Адиабатический процесс - процесс изменения состояния системы, происходящий без обмена теплотой с окружающими телами.
Изолированная система - совокупность тел, на которую никаких внешних энергетических воздействий не производится, которая отграничена от окружающих тел непроницаемой для тепла оболочкой и полная энергия которой в силу этого не может ни возрастать, ни убывать.
Необратимый процесс - процесс, переводящий изолированную систему из состояния А в состояние В, если процесс, имеющий единственным своим результатом возвращение системы из состояния В в А, невозможен.
Обратимый процесс - процесс, переводящий изолированную систему из состояния А в состояние В, если процесс, имеющий единственным своим результатом возвращение системы из состояния В в А, возможен.
Необходимое и достаточное условие обратимости процесса - его равновесность.
* Вечный двигатель (perpetuum mobile) первого рода - двигатель, который, повторяя произвольное число раз один и тот же процесс, был бы способен производить работу в количестве, большем по сравнению с тем количеством энергии, которое он поглощает извне.
* Вечный двигатель (perpetuum mobile) второго рода - двигатель, который, повторяя произвольное число раз один и тот же процесс, был бы способен целиком превращать в работу все тепло, отбираемое им у какого-нибудь тела или тел.
* Цикл Карно - замкнутый процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, который реализует в своей работе идеальная тепловая машина.
Коэффициент полезного действия (к.п.д.) двигателя - отношение производимой двигателем работы к энергии, которая за это время была сообщена двигателю.
100%
* Энтропия - мера необратимости процесса.
Минимальное количество теплоты, которое надо было бы нескомпенсированно превратить в работу, чтобы “сполна обратить” процесс АÞВ, как раз равно энтропии системы в состоянии В по отношению к состоянию А (При температуре теплоотходных тел не ниже 1°К).
* Энтропия - степень хаотичности движения в системе.
* Энтропия газа пропорциональна логарифму вероятности его состояния.
Первое начало термодинамики.
Невозможно возникновение или уничтожение энергии.
Создать вечный двигатель первого рода невозможно.
DU = Q + A