Перший закон термодинаміки

В стані термодинамічної рівноваги всі параметри системи не змінюються з часом, а тиск і температура є однаковими в усіх частинах системи. При цьому термодинамічні параметри зв’язані між собою рівнянням, яке називається рівнянням стану. Рівняння стану ідеального газу – це рівняння Менделеєва-Клапейрона.

Термодинаміка вивчає найбільш загальні макроскопічні властивості тіл, що проявляються при перетвореннях одних видів енергії в інші. Надалі тіло чи систему тіл будемо називати термодинамічною системою.

Основні поняття термодинаміки

Розділ 7. ТЕРМОДИНАМІКА

Стан термодинамічної системи задається з допомогою таких величин, як:

· р – тиск

· V – об’єм

· Т – температура

Ці величини називаються термодинамічними параметрами.

, (7.1)

де M – маса газу, μ – молярна маса,

R = 8,31 Дж/(моль К) – універсальна газова стала.

Важливим поняттям термодинаміки є поняття внутрішньої енерґії. Внутрішня енерґія U ідеального газу складається лише з середньої кінетичної енерґії молекул газу і залежить від температури газу:

, (7.2)

де і – число ступенів вільності молекули.

Для реальних газів внутрішня енерґія залежить і від інших термодинамічних параметрів. Внутрішня енерґія є функцією стану системи: кожному стану системи відповідає певне значення внутрішньої енерґії. При переході системи зі стану 1 в стан 2 зміна внутрішньої енергії дорівнює:

U = U₂ - U₁. (7.2а)

Якщо після проходження проміжних станів система повертається у початковий стан, то: U = 0. (7.2б)

Обмін енерґією між термодинамічною системою і зовнішніми тілами може відбуватися двома способами:

· шляхом теплообміну (системі передається кількість теплоти Q)

· шляхом виконання роботи.

Формулювання першого закону термодинаміки:

Кількість теплоти Q, яка надається системі, витрачається на збільшення внутрішньої енерґії системи ΔU і на виконання роботи А проти зовнішніх сил.

Q = U + A. (7.3)

Звичайно цей закон записують для безмежно малих величин:

Q = dU + A. (7.4)

Відмінність у позначеннях величин пов’язана з тим, що dU означає зміну внутрішньої енергії, а А і Q -лише безмежно малі величини.

A = pdV. (7.5)

Перший закон термодинаміки запишемо у вигляді:

Q = dU + pdV. (7.6)

Застосуємо перший закон термодинаміки до ізопроцесів в ідеальних газах:

· ізохорний процес (М,V = const)

Якщо V = const, то dV = 0, отже A = 0. Тому:

Q = dU. (7.7)

При ізохорному процесі вся теплота, надана системі, йде на збільшення внутрішньої енерґії системи.

· ізотермічний процес (М, T = const) pV = const

Якщо T = const, то з (7.2) U = const і dU = 0 отже:

Q = A. (7.8)

При ізотермічному процесі вся теплота, надана системі, йде на виконання системою роботи проти зовнішніх сил. Якщо об’єм системи змінюється від V₁ до V₂, то виконана системою робота описується формулою:

. (7.9)

Якщо система розширюється (V₂>V₁), то А>0;

при стиску системи (V₂<V₁) A<0.

· ізобарний процес (М, p = const)

Формулювання першого закону термодинаміки для ізобарного процесу співпадає із загальним формулюванням. Робота, виконана при ізобарному розширенні системи від об’єму V₁ до об’єму V₂,

. (7.10)

При стиску системи (V₂<V₁) A<0.

Дата добавления: 2017-02-01