Робота в термодинаміці. Внутрішня енергія

Основи термодинаміки

Запитання для самоперевірки

1. Чим відрізняються кристалічні тіла від аморфних?

2. Назвіть основні властивості кристалічних тіл.

3. Які основні властивості аморфних тіл.

4. Що називають монокристалом?

5. Які тіла називають полікристалічними?

6. Що таке анізотропія? Ізотропність?

7. Наведіть приклади монокристалічних, полікристалічних і аморфних тіл.

8. Чому протягом усього часу плавлення температура кристалічного тіла не змінюється?

9. Чому аморфні тіла не мають визначеної температури плавлення?

10. Що таке деформація?

11. Яку деформацію називають пружною? Пластичною?

12. Назвіть види деформацій.

13. Поясніть, що відбувається з тілом під час його розтягування і стиснення.

14. Що називають абсолютним видовженням тіла? Якою формулою виражається зміст цього поняття?

15. Що називають відносним подовженням? Яка формула виражає зміст цього поняття?

16. У чому подібність і розбіжність деформації зсуву і кручення?

17. Охарактеризуйте деформації згину. Чому в техніці й у будівництві замість стрижнів і суцільних брусів застосовують труби, двотаврові балки, рейки, швелери?

18. До якого виду деформації належить зріз?

19. Що називають механічною напругою? Яка формула виражає зміст цього поняття? Яка одиниця механічної напруги в системі СІ?

20. Який фізичний зміст модуля пружності? Як варто розуміти: модуль пружності сталевого дроту 21·10¹⁰ Па, алюмінію 7·10¹⁰ Па?

21. Запишіть формулу закону Гука для однобічного розтягу чи стиску і як він формулюється?

22. Виконайте рисунок діаграми розтягу для металу і поясніть її. Що називають межею пропорційності? Пружності? Плинності? Міцності?

23. Що називають пластичністю? Крихкістю?

Термодинаміка – розділ фізики, який вивчає найзагальніші закономірності процесів у макроскопічних системах, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги і процесів переходу між такими станами.

Термодинамічна система – це сукупність мікроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією між собою і навколишнім середовищем.

Термодинамічним процесом називається перехід системи з початкового стану в кінцевий через послідовність проміжних станів. Процеси бувають оборотні і необоротні. Оборотним називається процес, при якому можна здійснити оборотний перехід системи з кінцевого стану в початковий через ті ж самі проміжні стани, щоб у навколишніх тілах не сталося жодних змін. Оборотний процес – це фізична абстракція.

Необоротний процес супроводжується тертям або теплопередаванням від нагрітого тіла до холодного.

Термодинамічні параметри – параметри стану – сукупність фізичних величин, що характеризують властивості і стан термодинамічної системи. Такими параметрами є температура Т, об’єм V, тиск р. Стан системи, у якому вона може перебувати досить довго (параметри стану у часі є незмінними), називається термодинамічною рівновагою

Внутрішня енергія – це сума енергій молекулярних взаємодій і енергії теплового руху молекул. Оскільки потенціальна енергія взаємодії молекул ідеального газу дорівнює нулю, то внутрішня енергія одноатомного ідеального газу дорівнює сумі кінетичних енергій молекул.

Внутрішня енергія ідеального газу пропорційна масі газу і його термодинамічній температурі. Внутрішню енергію можна змінити двома способами: теплообміном і виконанням механічної роботи.

Теплообмін – зміна внутрішньої енергії за рахунок передавання її від одного тіла до іншого без виконання роботи.

Виконання механічної роботи:

1. При деформації тіла нагріваються.

2. Нагрівання тіл, яке зумовлено виконанням роботи проти сил тертя.

Теплопередача між тілами можлива за рахунок теплопровідності, конвекції, випромінювання.

Теплопровідність – обмін енергією між тілами, що перебувають у безпосередньому контакті.

Конвекці я – перенесення енергії потоками рідини або газів.

Випромінювання – перенесення енергії електромагнітними хвилями, видимим світлом, інфрачервоним випромінюванням.

Навколишні тіла (зовнішня сила) виконують над газом роботу А, причому робота в обох випадках однакова, її значення різняться лише знаком: А=А’.

В результаті зміни об’єму на під час ізобарного процесу робота дорівнює: = R Т

Під час розширення газу V₂ > V₁ - робота додатна. Під час стискання газу V₂ < V₁ - робота від’ємна. Чисельно робота А дорівнює площі відповідної криволінійної трапеції, обмеженої графіком залежності.

Теплоємністю тіла називають відношення кількості теплоти, потрібної для підвищення його температури від значення до значення, до різниці цих температур:

Q – кількість теплоти, С – теплоємність тіла, - різниця температур.

Питома теплоємність тіла с – характеристика речовини, що визначається кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання 1кг речовини на 1 К.

Вимірюється в СІ питома теплоємність Дж/ кг·К.

Тіла, нагріті до певної температури, віддають холоднішим тілам деяку кількість теплоти. Знаючи початкові температури, маси всіх тіл і питомі теплоємності, можна обчислити невідому теплоємність твердого тіла, виходячи з так званого рівняння теплового балансу, яке формулюється так: кількість теплоти Q₁, яку віддає більш нагріте тіло, дорівнює кількості теплоти, що її набуває менш нагріте тіло Q₂.

Якщо в теплообміні бере участь кілька тіл, умова їхньої рівноваги така:

Це рівняння виражає закон збереження енергії при тепловому обміні і називається рівнянням теплового балансу.

Дата добавления: 2014-01-04