Първият закон на термодинамиката
Вътрешна енергия - енергията на физическа система, в зависимост от вътрешното му състояние. Вътрешният енергия да включва енергия на произволни (топлинни) всички микрочастици система за движение (молекули, атоми, йони и т.н.) и енергията взаимодействие на частиците. Кинетичната енергия на движение на системата като цяло и нейната потенциална енергия във външни силови полета на вътрешната енергия не е включена. В термодинамиката и нейните приложения представлява интерес не е стойността на самия вътрешната енергия, и неговата промяна, когато промените на състоянието на системата. Вътрешна енергия - функцията на държавната система.
Работа термодинамична система на външни органи е да се промени състоянието на тези органи и определя количеството енергия, прехвърлени в системата с външни тела се променя силата на звука.
Работата в термодинамиката не е пълен диференциал (не е функция на държавата, и зависи от пътя), и е обозначен.
За да промените силата на звука, заети от газ, е необходимо да се свърши работата. Представете газ затворен в цилиндричен обем с движение бутало, която варира обема на газ (фиг. 14.1).
Силата създаден от налягането на газа в района на буталото равни. Работата се извършва по време на движение на буталото, е мястото, където промяната на обема на газ (фиг. 14.1), т.е.
Топлината (топлинно количество) - количеството енергия, произведена или дадена по време на системата за обмен на топлина. Елементен количество топлина не е в общия случай на всички държавни диференциална параметри на функцията. Количеството топлинна енергия, предадена от системата като операцията зависи от начина, по който системата се премества от първоначалното до крайното състояние. (За разлика от вътрешната енергия, за което, обаче, не може да каже каква част от работата съдържа тялото "е функция на" процес - динамичен отговор).
Първи закон (в началото) на термодинамиката: количеството топлина, съобщава на системата се обръща към нарастване на вътрешната енергия на системата и да се направи системата да работи по външни органи.
където броят на вече съобщи, топлината на тялото;
и началните и крайните стойности на вътрешната енергия;
работим ангажирано система от външни тела.
В диференциалната форма, първият старт:
съобщава на тялото на началното количество топлина;
промяната във вътрешната енергия;
ангажиран работа на тялото (например, работа извършено по време на газ).
Прилагане на първо закон на термодинамиката на идеален газ izoprotsessam на
(. Izoprotsessy от (гръцки) - равен). Процесите, които се провеждат в един постоянен параметър (изотермични, изобарно, изохорен).
Teploomkostyutela е количество, равно на съотношението съобщава на телесната топлина количество, съответстващо на нарастване на температурата.
Размерът на топлинен капацитет на тялото.
са въведени Подобни дефиниции за 1 мол (молно топлинен капацитет
), И единица маса от вещество.
Помислете за отопление на газ при постоянен обем. Според първия закон на термодинамиката:
, защото След това.
по дефиниция, и метод:
топлинния капацитет на газа при постоянен обем.
Изотермични процес е идеално процес. защото разширяване на газа при постоянна температура може да се случи само безкрайно бавно. В ограничен скорост разширяване на всякакви температурни градиенти.
4.Adiabatichesky (адиабатно) процес
Този процес случва без топлообмен с околните органи. Помислете, всъщност може да изпълнява адиабатен процес при никакви условия, или да я достигне.
1. Необходимостта за адиабатно черупката. топлопроводимост, която е равна на нула. Сближаване на такава обвивка може да служи като Dewar.
2. Вторият случай - процесите, които се случват много бързо. Топлината не разполага с време, за да се разпространява, и може да се приеме за известно време.
3. процесите, които протичат в много големи количества газ. например, в атмосфера (площ циклони върхове) на. За изравняване на температурата на пренос на топлина, за да се проведе от съседните и по-топъл въздух слоеве, често са нужни значително време.
За адиабатен процес, първият закон на термодинамиката:
В случай на разширяване на газа, (температурата се понижава). Ако има компресиране на газ, след това (температурата се повишава). Ние се получи едно уравнение, свързано параметрите на газа в адиабатен процес. Ние отчитаме, че за идеален газ, а след това
Разделяйки двете страни по:
Интегриране на това уравнение:
Тъй адиабатно на графика стръмен сравнение с изотерма. Ние изчисляваме работата в адиабатен процес:
Така че е уравнението на процеса, чиито променливи има формата
където п-произволен брой, както положителни и отрицателни, и нула. Съответните крива, наречена polytrope. Политропно са, по-специално, до метод адиабатно, изотермични, изобарно, изохорен.
Въпроси за самоконтрол
Термодинамичните свойства на изследователски метод системи е различен от молекулно-кинетичната?
Каква част от енергията на системата се нарича вътрешно?
Как е работата в термодинамиката?
Какво се нарича количеството топлина?
Който е A, Q, U е функция на състоянието на термодинамична система? Защо?
Формулиране на първия закон на термодинамиката.
Запишете първия закон на термодинамиката за всички известен izoprotsessov идеален газ.
Какъв е капацитетът на топлината на тялото? Какви са разликите и спецификата кътник топлинен капацитет?
Какво е топлинен капацитет на izoprotsessa? Защо е специфичната топлина?
Получаване израз за всеки процес. На какво изо процес не работи се прави?
Какво процес се нарича адиабатно? Как мога да направя процеса близо до адиабатно?
Продължете изход Поасон уравнение за адиабатен процес.
Вторият закон на термодинамиката
план
Обратими и необратими процеси. Цикличен процес (цикъл). Равновесни състояния и процеси.
цикъл на Карно и нейната ефективност за идеален газ. Максимална ефективност на топлинно движение.
Топлинни двигатели и хладилници.
Ентропия. Законът за ентропията.
Статистическата тегло (термодинамичен вероятност). Вторият закон на термодинамиката и статистическата интерпретация.
1. Смяна на посоката и необратим
Да предположим, че в резултат на процес в изолирано тяло система продължават от състояние А до състояние В, и след това се връща към първоначалното състояние А. Методът се казва, че е обратимо. ако е възможно да се извърши обратен преход от В до Acherez същите междинни състояния, както е в директен процес. така че няма промяна в организма и в телата на другите. Ако, обаче, обратният процес не е възможно, или в края на процеса в околните органи, и в тялото си някакви промени, процесът е необратим.
Примери на необратими процеси. Всеки процес е придружен от необратими триене (отделената топлина от триенето не може да работи без разходите за друг орган заедно и се превръща отново в работата). Всички процеси, придружени от пренос на топлина от нагрява до по-малко загрява тялото, е необратими (например, топлопроводимост). За необратими процеси също включва дифузия, вискозен поток. Всички необратими процеси са nonequilibrium.
Равновесие - това са процеси, които представляват последователност на равновесни състояния. Състоянието на равновесие - е състояние, при което тялото може да бъде произволно дълго без външни влияния. (. Строго погледнато, процесът на равновесие може да бъде само безкрайно бавно да е налице действително процеси се срещат в природата в краен процент и са придружени от разсейване на енергията процеси на обратима -.. Идеализация, когато необратими процеси могат да бъдат пренебрегвани).
Цикличен процес (цикъл). Ако тялото от състояние А до състояние B минава през една междинна състояние, и се връща към първоначалното състояние А чрез други междинни състояния, се извършва цикличен процес. или цикъл.
Кръговата процес е обратим. ако всички негови части са обратими. Ако някоя част от цикъла е необратима, а след това целият процес е необратим.
Разграничаване линия цикъл или цикъл на топлината на двигателя и обратен цикъл. или охладител цикъл (за това в проблем номер 3).
Перфектна работа на цикъл е равен на разликата между сумата на топлинна енергия, произведена от организма, когато това разширение и количеството топлина, раздадени по време на компресия. Работни координати равнява линия област (фигура 15.1.):
2. цикъл на Карно и нейната ефективност за идеален газ
(Сади Карно (1796-1832) - френски физик).
Карно цикъл е както следва. Първо, системата с температура е в термичен контакт с нагревателя. След това, безкрайно бавно намаляване на външния натиск, принуждавайки го да се разширява заедно изотермите на 1-2. В този случай получава топлина от нагревателя и генерира rabotuprotiv външен натиск.
Работният цикъл се състои от две равновесни изотерми и две равновесни adiabats (фиг. 15.2). В колата, като разрешителното, няма загуби в резултат на триене, топлопроводимост, и т.н. два резервоара за топлина, свързани с машината. Един с температура, наречена нагревател. от друга с по-ниска температура - хладилник (или топлина приемник). Резервоарите са толкова големи, че получаването на връщане или топлината не се променя температурата им.
След това системата адиабатно се изолират и да се разшири принудителна адиабатно с 2 - 3, докато температурата достигне температурата на хладилника. Когато адиабатно разширение система изпълнява някои операция срещу външното налягане. В състояние 3 системата е внесена в термичен контакт с кондензатора и непрекъснато увеличаване на налягането изотермично го компресира до състояние на 4. В този случай работата, извършена на системата (т.е. системата се прави отрицателна работа), и дава определено количество топлина хладилник. Държавната 4 е избран така, че да бъде в състояние да адиабатно сгъстяване на 4 - 1, за да се върнете системата в първоначалното му състояние. За това ние трябва да върши работата на системата (системата трябва да произведе отрицателна работа). В резултат на кръгъл Карно процеса на вътрешната енергия на системата не се променя. Ето защо, произведени работа
Ние изчисляваме ефективността на идеален топлинен двигател. работещи на един цикъл на Карно. Тази стойност е съотношението на количеството топлина превръща в работа. за количеството топлина, получена от нагревателя.
Полезна работа за един цикъл е равен на сбора от всички отделните части работят цикъл:
Работата на изотермични разширение:
Адиабатно порции цикъл не влияе на крайния резултат, тъй като работата по тях са равни и противоположни по знак, по този начин.
Тъй като газ-членки, описани точки 2 и 3 се намират на една и съща адиабатно, параметрите на газове, свързани уравнение на Поасон:
По същия начин за точки 4 и 1:
Разделянето на тези уравнения срок от термин, ние получаваме:
, след това от (1) се получава
Това означава, че ефективността на цикъла на Карно се определя само от нагревател и хладилни температури.
теорема на Карно (без доказателство): Ефективност на обратими машини, работещи при същите температури на нагревателя и охладителя е един и същ и се определя само от нагревателя и по-ниски температури.
Забележка: действителната ефективност на двигател с вътрешно горене е винаги по-ниска. от ефективността на идеален топлинен двигател (в реалната машина., които не са взети предвид при определянето на идеалните машини топлинните загуби съществуват).
3. Принципът на работа на двигателя и топлина хладилна машина
Всяко топлинен двигател се състои от 3 основни части. работна течност, нагревател и охладител.
Работа тялото получава определено количество топлина от нагревателя. Когато сгъстен газ охладител пренася определено количество топлина. Получената работа. извършена от двигателя за цикъла:
(Неравенството - описва реалната машина, идеалната машина за равенство).
(Забележка: действителните топлинни двигатели обикновено работят на така наречения отворен цикъл, когато газът, след разширение се изпуска и се сви ново парче, обаче, тя не засяга значително термодинамиката на процеса в затворен цикъл се разширява и свива едно и също парче .....).
Chiller. Карно цикъл е обратимо, така че е възможно да се проведе в обратна посока. (4-3-2-1-4 (ris.15.3)) От камерата за охлаждане се абсорбира от топлината.
Нагревател работен флуид преминава определено количество топлина. Външни сили работят, а след това
В резултат на цикъл определен размер на топлина прехвърля от тялото да се охлади тялото при по-висока температура.
Всъщност работен флуид в системата за охлаждане обикновено са нискокипящи течности двойки - .. амоняк, фреонови и др Машината се доставя от енергията
електрическата мрежа. Поради тази енергия и се осъществява процеса на "топлопренасяне" на хладилни отделение към загрят органи (на околната среда).
Ефективността на хладилната уредба се измерва при коефициент на охлаждане:
Топлинна помпа. Това непрекъснато работещи машини, което се дължи на разходите за труд (електроенергия) извлича топлина от източника на по-ниска температура (обикновено близо до температура на околната среда) и предава източника на топлина от по-висока температура на количеството топлина, равно на количеството топлина, избран от ниска температура източник и изразходвани фирма :.