Закон Джоуля. Внутренняя энергия идеального газа

I начало термодинамики

Большую роль в открытии I начала термодинамики сыграли Юлиус Роберт Майер[x], Германн Людвиг Фердинанд Гельмгольц[xi] и Джеймс Прескотт Джоуль[xii].

I начало термодинамики является математическим выражением количественной стороны закона сохранения и превращения энергии. Внутренняя энергия системы является однозначной функцией её состояния и изменяется только под влиянием внешних воздействий: Теплообмена, совершения работы и массообмена. Математической формулировкой I начала термодинамики является основное уравнение процесса.

Количество теплоты переданной системе, а также энергии, полученной системой в результате химических и фазовых превращениях, идет на совершение работы против внешних сил и на приращение внутренней энергии системы.

Для кругового процесса изменение внутренней энергии за цикл равно нулю, поэтому из первого начала термодинамики следует, что. То есть система за один цикл совершает работу над окружающей средой и получает от окружающей среды количество теплоты и энергию, переданную в результате массообмена. Другими словами невозможен вечный двигатель, который совершает работу над окружающей средой, ничего не получая взамен. То есть невозможен вечный двигатель первого рода, который совершал бы работу над окружающей средой ничего не получая взамен. В дальнейшем массообмен мы рассматривать не будем.

4.2 Теплоёмкость.

Теплоёмкостью тела C_t называется отношение физически малого количества теплоты δQ полученного телом, к соответствующему приращению d T его температуры.

Теплоёмкость единицы массы вещества называют удельной теплоёмкостью. Теплоёмкость единицы количества вещества – молярной.

Теплоёмкость зависит от процесса. Для процесса. Воспользуемся калорическим уравнением. Внутренняя энергия является функцией состояния, поэтому. Разделим на dV при постиоянной φ.. Поэтому.

Для нахождения теплоёмкости кроме термического уравнения состояния необходимо так же знать калорическое уравнение состояния. Гей-Люсак поставил следующий опыт. Он взял два сосуда имеющих одинаковый объём. Один сосуд был наполнен воздухом, а другой был откачен. При открытии крана воздух заполнял пустующий сосуд. В процессе расширения температура в первоначально заполненном сосуде понижалась, а в другом повышалась. При достижении теплового равновесия в них устанавливалась одна и та же температура. Джоуль уточнил этот опыт и сделал следующие выводы (позднее мы более подробно рассмотрим опыты Джоуля и Томсона). Поскольку в этом процессе работа над внешними телами не совершалась, теплообмен был пренебрежимо мал, то внутренняя энергия идеального газа в опыте измениться не могла. Так как объем газа изменился, а температура нет, то это означает, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема, а является функцией только температуры, т.е. U = U (T). Однако вид этой функции методами термодинамики не может быть точно установлен.

Дата добавления: 2014-01-04