Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Внутренняя энергия системы. Степени свободы молекул


Физические основы термодинамики.

(Термодинамические параметры. Обратимый и необратимый процессы. Работа и количество теплоты. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам в идеальном газе. Работа газа при изменении его объема. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Теплоемкость идеального газа. Адиабатический и политропический процессы. Работа, совершаемая идеальным газом при различных процессах. Тепловые двигатели Коэффициент полезного действия тепловой машины. Второе начала термодинамики.

Цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно для идеального газа. Энтропия. Свойства энтропии. Третье начало термодинамики. Теорема Нернста. Энтропия и вероятность.)

Важной характеристикой термодинамической системы является ее внутренняя энергия. Как известно, энергия тела состоит из кинетической энергии движения тела со скоростью и потенциальной энергии тела во внешних силовых полях (гравитационном, магнитном и т. д.):

.

Согласно МКТ, все тела состоят из молекул, которые находятся в состоянии непрерывного, хаотического движения, то есть обладают кинетической энергией, а вследствие взаимодействия между собой обладают потенциальной энергией взаимодействия.

Внутренняя энергия – суммарная энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц.

Внутренняя энергия - однозначная функция термодинамического состояния системы (при переходе системы из одного состояния в другое изменение внутренней энергии определяется разностью значений внутренней энергии этих состояний и не зависит от пути перехода).

Как известно из механики, движение тел (или материальных точек) происходит в пространстве и во времени. Любое движение тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. Положение тела в каждый момент времени характеризуется числом степеней свободы.

Число степеней свободы молекулы – число независимых переменных (координат), полностью определяющих положение системы в пространстве.



Молекулу одноатомного газа (в виду ее малости) можно рассматривать как материальную точку, которой приписывают три степени свободы поступательного движения: (рис. 8).

Средняя кинетическая энергия поступательного движения одноатомной молекулы идеального газа равна: .

Вращательные степени свободы в данном случае не учитываются, так как момент инерции данной молекулы относительно каждой из осей: , , ,

 
расстояние до осей вращения , следовательно , , , тогда кинетическая энергия вращения для каждой из осей: .

Молекула двухатомного газа рассматривается как совокупность двух материальных точек, жестко связанных недеформируемой связью (рис. 9). Кроме трех поступательных степеней свободы, у такой молекулы появляются две вращательные степени свободы:

 

Трехатомная и многоатомная нелинейные молекулы имеют шесть степеней свободы: три поступательных и три вращательных (рис. 10):

.

На самом деле, жесткой связи между атомами не существует. Атомы в молекуле могут сближаться и расходиться, то есть могут совершать колебания около положения равновесия. Энергия колебательного движения молекулы является суммой кинетической и потенциальной энергий, средние значения которых одинаковы. Таким образом, для реальных молекул необходимо учитывать также степени свободы колебательного движения.

В классической статистической физике выводится закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная , а на каждую колебательную степень свободы – в среднем энергия, равная . Средняя энергия молекулы равна:

, (46)

где .

Установлено, что Однако энергия поступательного и вращательного движений молекулы значительно меньше энергии колебательного движения атомов в молекуле, поэтому колебательные степени свободы возбуждаются при высоких температурах.

Внутренняя энергия идеального газа складывается только из кинетических энергий всех молекул в данном объеме, так как потенциальной энергией взаимодействия молекул, согласно допущениям модели идеального газа (п.1.3), можно пренебречь.

Для одного моля идеального газа:

Внутренняя энергия для произвольной массы идеального газа:

(47)

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Явления переноса | Первое начало термодинамики. Удельная и молярная теплоемкости

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 466; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

  1. III. В зависимости от степени гибкости цен
  2. Архитектура системы.
  3. Б. Внутренняя политика Александра I. Вопрос о конституции. Усиление политической реакции
  4. Б. Регентство царевны Софьи, ее внутренняя и внешняя политика (1682—1689)
  5. Б. Состояние свободы
  6. Билет 32 Понятие конденсатора. Электроемкость конденсатора энергия заряженого конденсатора.
  7. Билет №8: Внутренняя и внешняя среда организации
  8. Борьба против оппозиции внутри самой советской системы.
  9. В любой природной экосистеме устанавливается та численность особей животных и растений, которая в наибольшей степени отвечает интересам их воспроизводства.
  10. В режиме стоячих волн энергия вдоль линии не передается и на каждом участке линии происходит только обмен энергией между электрическим и магнитным полями.
  11. В. Внутренняя активность лекарственных веществ. Понятие об агонистах и антагонистах рецепторов
  12. Взаємодія молекул.

studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.