ТЕРМОДИНАМИКА - Ньютонов ⚛ физика

ТЕРМОДИНАМИКА

Внутренней энергией тела в молекулярно-кинетической теории называется суммарная кинетическая энергия хаотического движения всех молекул тела плюс суммарная потенциальная энергия взаимодействия этих молекул друг с другом (но не с другими телами).
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа

    \[U=\frac{3}{2}\nu RT\]

Изменение внутренней энергии одноатомного идеального газа

    \[\Delta U=\frac{3}{2}\nu R\Delta T\]

Работа газа при изобарном процессе

    \[A=p\Delta V = \nu R\Delta T\]

Работа газа при произвольном процессе равна площади под гафиком процесса в координатах (P,V). При линейной зависимости давления от объема равна:

    \[A=p_{cp}\Delta V = \frac{p_1+p_2}{2}(V_2-V_1)\]

Первый закон термодинамики количество теплоты сообщаемое газу идет на изменение внутренней энергии этого газа (\Delta U), а так же на совершение работы этим газом (A^\prime).

    \[Q=\Delta U+ A^\prime\]

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

Изобарный p=const

    \[Q=\Delta U+ p\Delta V\]

Изохорный V=const

    \[Q=\Delta U\]

Изотермический T=const

    \[Q= p\Delta V\]

Адиабатный Q=0

    \[\Delta U+ A^\prime = 0\]

Адиабатный процесс — процесс протекающий без внешнего теплообмена с окружающей средой.

Еще одна интерпретация первого закона термодинамики звучит следующим образом: «Изменение внутренней энергии (\Delta U) тела происходит в результате теплообмена (теплопередачи) либо совершения работы (A) над этим телом».

    \[\Delta U = Q+A\]

Количество теплоты (Q) — энергия которую приобретает или теряет тело в результате теплообмена.
Теплопередача — это процесс передачи тепла от более нагретого тела жидкости или газа к менее нагретому. Можно выделить три вида теплопередачи: 1. Теплопроводность — передача тепла между различными частями одного тела, либо между телами при их непосредственном контакте; 2. Конвекция — вид теплообмена, при котором тепло передается струями и потоками жидкости или газа; 3. Излучение — передача тепла с помощью инфракрасного спектра электромагнитных волн.
Количество теплоты при нагревании или охлаждении

    \[Q=cm(t_2-t_1)\]

Удельная теплоемкость (с) — количество теплоты необходимое чтоб нагреть 1 килограмм данного вещества на 1 градус.
Количество теплоты при плавлении (кристаллизации) При плавлении тело получает тепло, по этому количество теплоты берется со знаком плюс, а при кристаллизации, жидкость напротив отдает свою энергию, по этому количество теплоты имеет отрицательное значение.

    \[Q=\lambda m\]

    \[Q=-\lambda m\]

Удельная теплота плавления и кристаллизации (\lambda) — количество теплоты необходимое для того, чтоб расславить 1 килограмм данного вещества.
Количество теплоты при парообразовании (конденсации) При кипении жидкость получает тепло, по этому количество теплоты берется со знаком плюс, а при конденсации, пар напротив теряет энергию, по этому количество теплоты имеет отрицательное значение.

    \[Q=r m\]

    \[Q=-r m\]

Удельная теплота парообразования и конденсации (r) — количество теплоты необходимое для того, чтоб превратить в пар 1 килограмм жидкости.
Количество теплоты выделяемое при сгорании топлива

    \[Q=q m\]

Удельная теплота сгорания (q) — количество теплоты выделяемое при сгорании одного килограмма топлива.

Уравнение теплового баланса В изолированной системе в результате теплообмена устанавливается тепловое равновесие, а католичества теплоты получаемые или отдаваемые телами этой системы в сумме будут равны нулю.

    \[Q_1+Q_2+..+Q_n=0\]

Тепловая машина

Тепловая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник).
В циклическом процессе изменение внутренней энергии за цикл равно нулю, а работа выполняемая машиной за цикл A будет равна разности теплоты полученной от нагревателя Q_H и теплоты отданной холодильнику Q_X.

    \[A=Q_H-Q_X\]

КПД циклического процесса

    \[\eta = \frac{A}{Q_H}100\% = \frac{Q_H-Q_X}{Q_H}100\%\]

КПД идеальной тепловой машины работающей по циклу Карно

    \[\eta = \frac{T_H-T_X}{T_H}100\%\]

T_H T_X — соответственно температуры нагревателя и холодильника.

Foxford