Изучение средней энергии многоатомной молекулы. Исследование начала термодинамики и его применения к изопроцессам в газах. Характеристика особенностей адиабатического процесса. Ознакомление с уравнением Пуассона. Анализ энтропии, как функции состояния.
Тема: «Основы термодинамики»Числом степеней свободы называется число независимых координат, определяющих положение молекулы в пространстве. Поскольку ни одна из поступательных степеней свободы молекулы не имеет преимущества перед другими, то на каждую степень свободы должна приходиться в среднем одинаковая энергия. Так как для одноатомной молекулы , а число степеней свободы , то можно утверждать, что на одну степень свободы приходится энергия В классической физике доказывается закон равнораспределения энергии по степеням свободы, согласно которому на каждую степень свободы молекулы приходится в среднем одинаковая энергия, равная .Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами - совершением механической работы и передачей некоторого количества теплоты. Одного и того же изменения внутренней энергии можно добиться и совершением работы и передачей теплоты и при этом, нельзя определить каким именно путем произошло это изменение. Найдем работу, которую совершает газ, при изменении его объема. Элементарная работа равна площади выделенного участка (рис.2), а полная работа, совершаемая газом при расширении от объема до объема , определяется площадью криволинейной трапеции, ограниченной осью абсцисс, кривой и прямыми и . Пусть система, обладающая внутренней энергией , получив некоторое количество теплоты , переходит в состояние с внутренней энергией , совершая при этом некоторую работу .Наибольший интерес представляет теплоемкость газа для случаев, когда нагревание происходит при постоянном объеме или при постоянном давлении. В первом случае говорят о теплоемкости при постоянном объеме -, во втором - при постоянном давлении . При нагревании при постоянном давлении газ будет совершать работу. Установим физический смысл универсальной газовой постоянной R - она равна работе, совершаемой молем газа при нагревании на 1 К при постоянном давлении. Определим количество теплоты, переданное газу при нагревании при постоянном давлении.Процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатическим, т.е. Дифференцируя уравнение Клапейрона для одного моля газа, найдем, что .Равновесным состоянием системы называется такое состояние, при котором все параметры системы имеют определенное значение, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго. Всякий процесс, т.е. переход системы из одного состояния в другое, связан с нарушением равновесия системы. Круговым процессом или просто циклом называется процесс, при котором система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное состояние. Следовательно, работа, совершенная системой, будет равна количеству теплоты, полученному системой. Однако нужно иметь в виду, что в процессе осуществления цикла, система не только получает, но и отдает некоторое количество теплоты и, следовательно , 26 где - количество теплоты, полученное системой, - отданное системой количество теплоты ().Основываясь на втором начале термодинамики Карно доказал теорему: из всех периодически действующих машин, имеющих одинаковые температуры нагревателя и холодильника, большим коэффициентом полезного действия обладают обратимые машины; при этом КПД этих машин одинаков и не зависит от конструкции машины и природы рабочего тела. Карно придумал цикл, коэффициент полезного действия которого является наибольшим. Этот цикл получил название цикла Карно. Коэффициент полезного действия такого цикла, как показал Карно, определяется по формуле: , 31 где - температура нагревателя, - температура холодильника. И тогда для коэффициента полезного действия цикла Карно получимВеличина равная получила название приведенного количества теплоты. На бесконечно малом участке любого процесса приведенное количество теплоты может быть записано в виде -. Из равенства нулю этого интеграла, взятого по замкнутому пути, следует, что выражение является полным дифференциалом некоторой функции , которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, по которому система переходит в данное состояние, т.е. Так как реальные процессы, как правило, необратимы, то можно утверждать, что все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии - принцип возрастания энтропии. Этот принцип лежит в основе еще одной формулировки второго начала термодинамики: возможны только такие процессы, происходящие в замкнутой макроскопической системе, которые ведут к увеличению ее энтропии.Хаотическое тепловое движение молекул приводит к тому, что в веществе при нарушении равновесия могут возникать потоки тепла, либо массы, либо импульса. Под столкновением молекул понимают процесс взаимодействия двух молекул, в результате которого они изменяют направление своего движения. Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы . Расстояние, которое молекула проходит между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега . а) Вязкость (внутреннее трение).
План
План
1. Число степеней свободы. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Средняя энергия многоатомной молекулы
2. Работа и количество теплоты как меры изменения внутренней энергии. Эквивалентность работы и количества теплоты
3. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам в газах
4. Удельная и молярная теплоемкость. Классическая теория теплоемкости идеального газа
5. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона
6. Циклические (круговые) процессы. Работа цикла
7. Второе начало термодинамики. Тепловые двигатели
8. Цикл Карно и его КПД для идеального газа
9. Энтропия как функция состояния
10. Явления переноса
1. Число степеней свободы. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Средняя энергия многоатомной молекулы
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
