Работа и теплота как формы передачи энергии Работа в изопроцессах

Изменить внутреннюю энергию тела можно разными способами. Рассмотрим два способа изменения внутренней энергии.

· Механический способ. Внутреннюю энергию тела можно увеличить, выполняя над телом работу. Вам, наверное, приходилось накачивать велосипедную камеру или мяч, и вы ощущали, что насос при этом нагревался. Когда у людей мёрзнут руки, они греют их, потирая одну о другую. Если несколько раз ударить молотком по свинцу, он нагревается. Во всех этих случаях внутренняя энергия тел увеличивается за счёт выполнения работы над ними.

Если же тело само совершает работу (за счёт своей внутренней энергии), то внутренняя энергия тела уменьшается и тело охлаждается.

· Теплообмен. Приведем в соприкосновение два тела с разной температурой. Пусть температура первого тела выше, чем второго. В результате обмена энергиями температура первого тела уменьшается, а второго — увеличивается. В рассматриваемом примере кинетическая энергия хаотического движения молекул первого тела переходит в кинетическую энергию хаотического движения молекул второго тела.

Процесс передачи внутренней энергии без совершения механической работы называюттеплообменом.

Теплообмен возникает между телами (или частями одного и того же тела), имеющими разную температуру.

При контакте тел с разной температурой более горячее тело отдаёт некоторое количество теплоты, а более холодное тело его получает.

Мерой энергии, получаемой или отдаваемой телом в процессе теплообмена, служит физическая величина, называемая количеством теплоты Q.

Теплота и работа являются не видом энергии, а формой ее передачи, они существуют лишь в процессе передачи энергии. •

Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, лучистый теплообмен.

Вычислим работу, совершаемую газом при изобарном расширении. Пусть в цилиндре под поршнем находится газ, занимающий объем V под давлением Р. Площадь поршня S. Сила, с которой газ давит на поршень, F=PS. При расширении газа поршень поднимется на высоту dh, при этом газ совершит работу

dA=Fdh = PSdh

Но Sdh = dV — увеличение объема газа. Следовательно, элементарная работа

dA=PdV (10.5)

Если dV > О, то dА > О и работу считают положительной (газ расширяется).

Если dV< О, то dА < 0 и работу считают отрицательной (газ сжимают).

Полную работу А, совершаемую газом при изменении его объёма от V₁ до V₂ найдём интегрированием формулы (2.68):

(10.6)

Определим работу, совершаемую газом при расширении в различных процессах.

· При изохорном процессе V=const; следовательно dV = 0 и A=0.

· При изобарном процессе P=const, тогда

(10.7)

Работа при изобарном расширении газа равна произведению давления газа на увеличении его объёма.

Графически на диаграмме P, V (рис.10.2,а) работа изобарного расширения газа изображается площадью прямоугольника abcd.

• При изотермическом процессе Т = соnst. Из уравнения Менделеева-Клапейрона, определяем давление:

Подставив это выражение в формулу (10.6), имеем

(10.8)

Так как процесс изотермический, то , тогда

(10.9)

Графически на диаграмме P, V (рис.10.2,б) работа изотермического расширения газа изображается площадью прямоугольника abcd.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒