Термодинамические процессы и их классификация - Курс лекций

Курс лекцийТермодинамика базируется на трех основных законах термодинамики. Второй закон термодинамики характеризует направление протекания реальных термодинамических процессов и условия превращения теплоты в работу. Термодинамика изучает общие свойства равновесных физических систем на базе трех законов термодинамики и не использует в явном виде представления о молекулярном строении вещества. Таким образом, термодинамика и статистическая физика, как науки о свойствах вещества и энергии взаимно дополняют друг друга. Условно термодинамика подразделяется на техническую термодинамику, изучающую законы взаимопревращения теплоты и механической работы применительно к тепловым двигателям и машинам, химическую термодинамику, изучающую законы взаимопревращения различных видов энергии при изменении химического состава тел, участвующих в процессах обмена энергией, и физическую (общую) термодинамику, изучающую свойства твердых, жидких и газообразных тел, электрические и магнитные явления и излучение на основе общих термодинамических положений.Так, механическая форма движения состоит в изменении пространственного расположения макроскопических тел, а тепловая форма движения представляет собой хаотическое механическое движение большой совокупности микрочастиц, составляющих макроскопические тела. При передаче движения от одних тел к другим уменьшение движения рассматриваемой формы в одном теле сопровождается эквивалентным увеличением движения той же или иной формы в другом теле в соответствии с принципами сохранения и превращения движения. При передаче движения материи с превращением его форм энергия не может быть ни уничтожена, ни создана. Передача движения и энергии от одних тел к другим телам происходит в результате взаимодействия этих тел. Так, если явления упругости связаны с взаимодействием между одноименно заряженными электронными оболочками соседних атомов твердого тела, то электромагнитное излучение нагретого тела связано с электромагнитным взаимодействием между ядрами и электронными оболочками.На границе ТС и окружающей среды происходит взаимодействие между ТС и окружающей средой, которое заключается в передаче энергии и вещества в ТС и из нее. Число воздействующих на ТС сил определяется числом степеней свободы ТС-N. Если на ТС воздействуют только силы нормального давления - р и температуры - Т, т.е. число степеней свободы ТС N=2, то такая ТС называется простой или термодеформационной. В зависимости от характера взаимодействия между ТС и окружающей средой, т.е. в зависимости от свойств границы между ТС и окружающей средой различают: - закрытые или замкнутые термодинамические системы, если граница ТС непроницаема для вещества, т.е. отсутствует массообмен между ТС и окружающей средой;Под веществом понимается материя, обладающая массой покоя. Чистое вещество - это вещество, состоящее из одинаковых структурных частиц, т.е. из частиц одинакового вида. При этом под частицами понимаются молекулы, атомы, положительные или отрицательные ионы, электроны. Индивидуальным веществом называется чистое вещество в определенном фазовом состоянии. Пар - это газ, контактирующий со своей конденсированной фазой, и деление на пар и газ является условным.Параметрами и функциями состояния ТС называют физические величины, значения которых не зависят от пути, по которому ТС пришла в данное состояние, т.е. от предыстории ТС. К параметрам состояния относятся величины, которые имеют простую физическую природу и могут быть непосредственно измерены: температура Т, давление р, плотность r и удельный объем v. К ним относятся механические силы: давление р [Па], касательное напряжение рт [Па], сила F [Н] и обобщенные силы немеханического характера: температура Т [К], напряженность магнитного поля Н [А/м], напряженность электрического поля Е [В/м]. Так для простой ТС обобщенной силе - давлению р соответствует обобщенная координата - объем v, поскольку перемещение поршня приводит к изменению объема ТС. К ним относится: 1. термодинамическая температура Т,[К] (абсолютная термодинамическая шкала температур Кельвина), которая связана с эмпирической шкалой температур Цельсия t,0С (стоградусная международная температурная шкала) формулой: Абсолютная термодинамическая шкала температур определяется с помощью тройной точки воды в качестве реперной точки со значением 273,15К, а нижней границей шкалы служит абсолютный нуль температур.Термодинамическим процессом называется изменение состояния ТС в результате ее взаимодействия с окружающей средой. Непрерывная последовательность равновесных состояний образует равновесный процесс, при котором отсутствуют потери энергии на трение, завихрение, излучение и др., а ТС совершает максимальную работу против внешних сил. При расширении газа процесс идет с увеличением объема ТС. Процесс, идущий с уменьшением объема ТС, называется процессом сжатия.

Оглавление

Введение

Глава 1. Основные понятия и определения термодинамики

1.1 Формы движения материи, виды энергии, работа и теплообмен

1.2 Термодинамическая система

1.3 Вещество. Фазы. Агрегатные состояния

1.4 Состояние термодинамической системы. Параметры и функции состояния

1.5 Термодинамические процессы и их классификация

Глава 2. Уравнения состояния вещества

2.1 Термические и калорические уравнения состояния

2.2 Термические уравнения состояния для идеального газа

2.3 Термические уравнения состояния для реальных газов

Глава 3. Смеси веществ

3.1 Способы задания состава смеси. Закон Амага

3.2 Соотношения для смесей идеальных газов. Закон Дальтона

Глава 4. Теплоемкость

4.1 Виды теплоемкости

4.2 Уравнение Майера

4.3 Теплоемкость химически реагирующей термодинамической системы

Глава 5. Первый закон термодинамики

5.1 Уравнение первого закона термодинамики для сложной открытой системы в общем виде

5.2 Уравнение 1-го закона термодинамики для проточной термодинамической системы

Глава 6. Второй закон термодинамики

6.1 Сущность второго закона термодинамики. Равновесные и неравновесные состояния, обратимые и необратимые процессы

6.2 Математическое выражение 2-го закона термодинамики. Три составляющие изменения энтропии термодинамической системы

6.3 Энтропия изолированной термодинамической системы

Глава 7. Объединенные выражения первого и второго законов термодинамики

7.1 Различные формы записи объединенных выражений

7.2 Характеристические функции и дифференциальные соотношения взаимности термодинамики

7.3 Максимальная и минимальная работы процесса. Термодинамические потенциалы

7.4 Условия равновесия термодинамической системы. Термодинамическое сродство

7.5 Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями в общем виде

7.6 Расчетные выражения для скорости звука в общем виде

7.7 Максимальная и минимальная теплоты процесса

Глава 8. Термохимия

8.1 Формы записи уравнений химических реакций в общем виде

8.2 Понятие пробега химической реакции

8.3 Изохорный и изобарный тепловые эффекты химических реакций и связь между ними

8.4 Зависимости тепловых эффектов ХР от температуры. Формула Кирхгофа