Первое начало термодинамики.

 

Внутренняя энергия может изменятся в основном за счёт двух процессов: за счёт работы, совершаемой над системой, и за счёт сообщения системе некоторого количества теплоты.

Например, работа изменяется при движении поршня, когда внешние силы совершают работу над газом, при этом увеличивается его температура, т.е. увеличивается и внутренняя энергия.

Или, например, за счёт сообщения количества теплоты, можно увеличить внутреннюю энергию. Изменение внутренней энергии при этом обусловлено тем, что при столкновениях молекул более нагретого тела с молекулами менее нагретого, первые передают последним часть своей энергии. В результате увеличивается кинетическая энергия, а значит и температура.

Изменение внутренней энергии может происходить также за счёт излучения.

Совокупность микропроцессов, которые приводят к передаче энергии от одного тела к другому, называется теплопередачей. Количество энергии, переданное от одного тела к другому в результате теплопередачи, называется количеством теплоты .

Опыт показывает, что изменение внутренней энергии, независимо от способа перехода из одного состояния в другое, обусловлено количеством теплоты, сообщенным системе, и работой, совершённой над системой внешними силами.

Количество теплоты считается положительным, если оно сообщается системе, и отрицательным, если отнимается.

Работа считается положительной, если она совершается над внешними силами (газ расширяется), и отрицательной, если она совершается внешними силами над системой.

 

 

Количество теплоты, сообщённое системе идёт на изменение её внутренней энергии и на работу против внешних сил.

 

 

означает, что является полным дифференциалом ().

означает, что и не являются полными дифференциалами.

 

Первое начало термодинамики:

 

Если совершается круговой процесс, то , и тогда . Это показывает, что вечный двигатель первого рода (т.е. периодически действующий двигатель) не может существовать, поскольку работа никогда не может быть больше количества теплоты, сообщённого системе.

 

3. Работа газа при изменении его объёма.

- очень маленький

при

 

(- изменение объёма)

 

Работа газа численно равна площади под графиком .

 

 

 

 

Тогда полная работа численно равна площади, охватываемой контуром. Если в ходе цикла и цикл проходит по часовой стрелке, то цикл – прямой. Если и цикл проходит против часовой стрелки, то цикл – обратный.

 

4. Теплоёмкость идеального газа. Уравнение Майера.

 

Молярная теплоёмкость - это количество теплоты, сообщаемой 1 молю вещества, чтобы нагреть его на .

 

 

Удельная теплоёмкость - это количество теплоты, сообщаемой 1 кг вещества, чтобы нагреть его на .

 

 

Связь между молярной и удельной теплоёмкостями:

 

 

Теплоёмкость при постоянном объёме.

 

, т.к.

 

Число степеней свободы – это число независимых переменных, с помощью которых можно задать положение молекулы.

 

1. Одноатомные молекулы.

 

 

2. Двухатомные молекулы.

 

 

3. Трёхатомные молекулы.

 

 

Кроме того, при высоких температурах, могут возникать колебательные степени свободы.

Закон равномерности распределения энергии по степеням свободы.

 

На любую поступательную и любую вращательную степень свободы приходится одинаковая энергия , а на каждую колебательную: .

 

, где .

 

: Эта формула верна для одноатомных газов при любой температуре, и для двухатомных и многоатомных, но без учёта колебаний.

 

Теплоёмкость при постоянном давлении.

 

Физический смысл - это работа, совершаемая при изобарном процессе над 1 молем вещества так, что его температура изменяется на 1К.

Отсюда:

- уравнение Майера

 

Уравнение Майера показывает, что теплоёмкость при постоянном объёме всегда больше теплоёмкости при постоянном давлении на величину .

Это объясняется тем, что при нагревании газа при постоянном давлении требуется дополнительное количество теплоты на совершение работы по расширению газа, т.к. постоянство давления обеспечивается увеличением объёма газа.

 

и являются характеристикой вещества.