1 закон термодинамики для изопроцессов

1 закон термодинамики для изопроцессов

1 закон термодинамики для изопроцессов

Практически все реальные процессы происходят с теплообменом: адиабатические процессы — это редкое исключение.

Если газ изохорно охлаждается, его внутренняя энергия уменьшается, и он отдает теплоту в окружающую среду.

Изменение внутренней энергии происходит только за счет работы внешних сил. Или совершаемая системой работа происходит за счет убыли внутренней энергии.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе из одного состояние в другое равно сумме работы, выполненной внешними силами, и количества теплоты, переданной системе извне

При изохорном процессе объем не изменяется, значит работа нулевая

Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид

Процесс при тепловой изоляции системы от окружающей среды, то есть

Все количество теплоты, которую получает газ расходуется на выполнение им работы против внешних сил. Или, если газ сжимается, при этом не изменяется температура, работу выполняют внешние силы, а газ отдает некоторое количество теплоты в окружающую среду.

При изотермическом процессе температура не изменяется, значит не изменяется внутренняя энергия

1 закон термодинамики для изопроцессов

  • Если объем увеличивается, то ΔV > 0 и A > 0, а A` 0. Это можно использовать для проверки ответа.
  • Если тепло подводим к газу, то Q > 0; если газ отдает тепло – Q 0; если внутренняя энергия уменьшается, то ΔU 0, а А` 0.
  • Если тепло подводим к газу, то Q > 0; если газ отдает тепло – Q 0; если температура уменьшается, то ΔU 0, а А` 0.
  • температура газа увеличиваетсяT > 0), то ΔU > 0 – внутренняя энергия увеличивается;
  • температура газа уменьшаетсяT 0), то A > 0, а А` 0;
  • объем газа не меняется (ΔV = 0) – процесс изохорный, то А = 0.
  • Если тепло подводим к газу, то Q > 0; если газ отдает тепло – Q \(

    где ΔU – изменение внутренней энергии газа (Дж); A = –А` – работа газа (Дж); А` – работа над газом (Дж).

    • Если тепло подводим к газу, то Q > 0; если газ отдает тепло – Q 0; если внутренняя энергия уменьшается, то ΔU \(

    где Q – количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаждения тел (Дж); c – удельная теплоемкость, табличная величина ( Дж /(кг·ºС) = Дж /(кг·К) ) ; m – масса тела (кг); Δt = ΔT = t2t1 = T2T1 – на сколько тело нагрели или охладили (ºС); t1 и t2 – начальная и конечная температуры (ºС); T1 и T2 – начальная и конечная абсолютные температуры (К).

    \int_^ p\, dV\)

  • или графическим способом: работа равна площади фигуры в осях p(V), ограниченной графиком и осями.

где Q – количество теплоты (Дж); ΔU – изменение внутренней энергии газа (Дж); A = –А` – работа газа (Дж); А` – работа над газом (Дж).

\gamma = \frac\) – коэффициент Пуассона, i – целое число (степень свободы).

  • Если тепло подводим к газу, то Q > 0; если газ отдает тепло – Q 0, а А` 0.

Первый закон термодинамики в изопроцессах

Закон Стефана-Больцмана — Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры.

Вместо работы А, совершаемой внешними силами над термодинамической системой, часто удобнее бывает рассматривать работу A’, совершаемую термодинамической системой над внешними телами. Так как эти работы равны по абсолютному значению, но противоположны по знаку:

В вышеприведенной формулировке закон Стефана—Больцмана распространяется только на абсолютно черное тело, поглощающее всё попадающее на его поверхность излучение. Реальные физические тела поглощают лишь часть лучевой энергии, а оставшаяся часть ими отражается, однако закономерность, согласно которой удельная мощность излучения с их поверхности пропорциональна Т в 4, как правило, сохраняется и в этом случае, однако постоянную Больцмана в этом случае приходится заменять на другой коэффициент, который будет отражать свойства реального физического тела. Такие константы обычно определяются экспериментальным путем.

Нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн различной длины. Когда мы говорим, что тело «раскалено докрасна», это значит, что его температура достаточно высока, чтобы тепловое излучение происходило в видимой, световой части спектра. На атомарном уровне излучение становится следствием испускания фотонов возбужденными атомами.

Закон излучения Кирхгофа — отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же.

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него (Поглощательная способность тела) . Поэтому функция совпадает с испускательной способностью

Тогда после такого преобразования первый закон термодинамики будет иметь вид:

Закон Шарля — давление данной массы идеального газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре

Первый закон термодинамики — В не изолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии равно разности между полученным количеством теплоты Q и работой A’, совершаемой данной системой

1 закон термодинамики для изопроцессов

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Это соотношение называют уравнением Пуассона . Здесь γ = C p / C V – показатель адиабаты, C p и C V – теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом (см. §3.10). Для одноатомного газа для двухатомного для многоатомного

Здесь U ( T 1) и U ( T 2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом ( Q > 0 ), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам ( Q 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода . Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения Δ U своей внутренней энергии.

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение Δ U внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q , переданной системе, и работой A , совершенной системой над внешними телами.

Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры T 1 и T 2 начального и конечного состояний:

В адиабатическом процессе Q = 0 ; поэтому первый закон термодинамики принимает вид

Адиабатический процесс также можно отнести к изопроцессам. В термодинамике важную роль играет физическая величина, которая называется энтропией (см. §3.12). Изменение энтропии в каком-либо квазистатическом процессе равно приведенному теплу Δ Q / T , полученному системой. Поскольку на любом участке адиабатического процесса Δ Q = 0 , энтропия в этом процессе остается неизменной.

Первый закон термодинамики

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Это соотношение называют уравнением Пуассона. Здесь γ = Cp / CV – показатель адиабаты, Cp и CV – теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом. Для одноатомного газа

Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры T1 и T2 начального и конечного состояний:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия. Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

Здесь U (T1) и U (T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU γ = const.

Законы термодинамики

Обращаем внимание, что количество теплоты можно рассчитывать либо через изменение температуры, либо через изменение объема при известном давлении газа.

Здесь U1 и U2 – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q 0; газ совершает положительную работу, A > 0; Q > 0 – тепло поглощается газом При изобарном сжатии температура уменьшается, внутренняя энергия уменьшается, ΔU > 0; газ совершает отрицательную работу, A

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно:

Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления. Он формулируется следующим образом: количество теплоты Q, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами:

4. В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид:

Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в идеальных одноатомных газах.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

3 .В изотермическом процессе температура газа не изменяется, а значит, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0. Следовательно:

Здесь T – температура изотермического процесса; V1 p1 и V2 p2 – объем и давление в начальном и конечном состоянии газа. Формула (8.12) получена путем расчета работы, как площади криволинейной трапеции на диаграмме ( p V) для изотермического процесса.


Комментарии запрещены.
© 2019

Карта сайта