Первое начало термодинамики, термодинамические изопроцессы.
Первое начало термодинамики, термодинамические изопроцессы. - раздел Механика, Курс лекций по физике. Механика Количество Тепла δq Подведенное К Тс, Затрачивается На Изменение Внутрен...
Количество тепла δQ подведенное к ТС, затрачивается на изменение внутренней энергии и на совершение работы.
δQ=dA+dU. (7.3)
Если на ТС действуют силы обуславливающие давление Р и изменение её состояния происходит равновесно, то первое начало термодинамики определяет связь количества тепла с давлением, изменением объема и внутренней энергией.
δQ=PdV+dU.
Термодинамический процесс (ТП) – это последовательность состояний термодинамической системы. Опыт показывает, что все (ТП) происходят в соответствии с первым началом термодинамики. Рассмотрим изопроцессы, как наиболее распространенные в термодинамике.
Изопроцесс – это процесс, протекающий при постоянном значении одного из параметров состояния термодинамической системы. Выделяют изохорический (V=const, dV=0),изобарический(P=const, dP=0) и изотермический (T=const,dT=0) процессы.
Первое начало термодинамики для изохорического процесса
δQ=dU. (7.4)
Обмен энергии между газом и внешней средой при изохорическом процессе происходит только в форме теплопередачи. Подводимое к системе тепло затрачивается лишь на изменение ее внутренней энергии. Уравнение состояния идеального газа для изохорического процесса
, (7.5)
а его график в координатах PT приведем на рис. 7.4.
Для изобарического процесса первое начало термодинамики
δQ=PdV+dU. (7.6)
Обмен энергией между ТС и окружающей средой при изобарическом процессе происходит в форме работы и теплопередачи. Подводимое к системе тепло затрачивается на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы. Работа изобарического процесса при расширении газа от V1 до V2
. (7.7)
Уравнение изобарического процесса
(7.8)
а его график в координатах PV и VT приведен на рис. 7.5.
Изотермический процесс возможен только про наличии идеального теплового контакта между газом и окружающей средой. Первое начало термодинамики для изотермического процесса:
δQ=PdV. (7.9)
При изотермическом процессе система обменивается энергией с внешней средой в форме теплопередачи и в форме работы. Подводимое к системе тепло затрачивается только на совершение работы
. (7.10)
Из уравнения состояния идеального газа
P=.
Подставим последнее равенство в (8.8), тогда
. (7.11)
Уравнение изотермического процесса
(7.12)
а его график в координатах PV, VT приведен на рис 7.6.
Адиабатический процесс идет при идеальной тепловой изоляции системы от окружающей среды. На практике это может быть достигнуто при очень кратковременных процессах, когда система не успевает обменяться теплом с окружающей средой. Так, например, вследствие большой скорости взрыва горючей смеси при работе двигателя внутреннего сгорания можно считать адиабатическим процесс сжатия газа. Так как передача теплоты при адиабатическом процессе не происходит, то δQ=0, а уравнение первого начала термодинамики имеет вид
dA+dU=0 (7.13)
При адиабатическом процессе газ совершает работу только за счет своей внутренней энергии
.
Когда dV>0 , внутренняя энергия газа уменьшается (dT<0) и он охлаждается. Сжатие (dV<0) наоборот, приводит к увеличению внутренней энергии (dT>0) и нагреванию газа.
Охлаждение газа при адиабатическом расширении используется в технике для получения низких температур. Работа холодильных установок также основана на адиабатическом расширении газа. Нагревание газа при адиабатическом сжатии происходит, например, при работе дизельного двигателя в цилиндрах которого газ сжимается и нагревается больше чем на 500 С.
Работа газа при адиабатическом процессе:
, (7.14)
(7.15)
Уравнение адиабатического процесса
, (7.16)
а его график в координатах PV приведены на рис. 7.7.
Запишем равенство (7.14) в виде:
Решением полученного дифференциального уравнения будет
.
Так как T=, то
, (7.17)
где
Уравнение называется уравнением адиабаты, график которой приведен на рис.8.7.
Понятия и определения
Механика – изучает движение тел в пространстве с течением времени.
Движение без учета сил действующих на тело, рассматривается в кинематике, а с учетом их в динамике.
Вращательное движение
Рассмотрим движение м.т. по окружности радиусом R с постоянной линейной скоростью в
Колебательное движение
Движение будет колебательным, если его кинематические характеристики повторяются с течением времени.
Если движение тела повторяется через равные промежутки времени, то оно называется перио
Сложение гармонических колебаний
Материальная точка может участвовать одновременно в нескольких колебательных движениях. Сложить два или несколько колебаний – значит найти закон, которому подчиняется результирующее движение, найти
Законы Ньютона.
При изучении движения тел в пространстве важно выбрать такую систему отсчета, в которой бы перемещение тела в отсутствии действия на него сил происходило равномерно и прямолинейно.
Ньютон,
Динамика поступательного движения тела
Твёрдое тело (ТТ) – это тело, которое не деформируется при действии на него сил. Масса ТТ представляется в виде суммы материальных точек связанных между собой внутренними сил
Динамика вращательного движения
При вращательном движении ТТ все его точки движутся по окружностям с центрами на оси вращения ( рис. 2.3).
Угловые
Лекция 4.
2.4. Динамика колебательного движения
Рассмотрим динамику колебательного движения на примере колеб
Для самостоятельного изучения
2.6.1. Понятие силы. Равнодействующая сила
Сила – это векторная величина, характеризующая взаимо
Силы трения
Силы трения возникают в результате взаимодействия движущихся и покоящихся тел, соприкасающихся друг с другом.
Различают внешнее (с
Сила вязкого трения и сопротивления среды.
Сила вязкого трения возникает между слоями одного и того же сплошного тела (жидкости или газа). Сила вязкого трения зависят от отно
Деформация стержня
Стержень длинной l0 и сечением S при действии сил и перпендикул
Энергия колебательного движения
В процессе колебаний тела или системы тел происходят периодические переходы его кинетической энергии в потенциальную и потенциальной в кинетическую.
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия пружины
Внешняя сила, сжимая или растягивая пружину, совершает работу. Освобожденная от внешнего воздействия, пружина восстанавливает свою форму, а потенциальная энергия, запасенная пружиной в процессе деф
Потенциальный барьер и яма
Потенциальная энергия может быть представлена графически. График, выражающий зависимость потенциальной энергии от соответствующей коорди
Для самостоятельного изучения
4.4.1. Применение законов сохранения к упругому и неупругому соударению двух тел.
При соударении тела деформируются. При
Продольные и поперечные волны
Если какую-либо частицу или совокупность частиц упругой среды привести в колебательное движение, то колебания не останутся локализованными в том месте, где они возникли, а благодаря взаимодействию
Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение.
Уравнение волны позволяет найти смещение s любой частицы среды от ее положения равновесия. Смещение зависит от координат частицы и времени s(x, y, z, t) и является периодической функцией.
Размеры и масса молекул
Вещество в молекулярной физике рассчитывается как совокупность гигантского количества атомов и молекул.
Молекулы движутся х
Движение и столкновение молекул газа
В газе молекулы перемещаются, испытывая соударения друг с другом. При каждом соударении скорость молекулы изменяется по величине и по напра
Давление и температура.
Вещество может находиться объеме, при температуре Т и давление Р. Эти три величины, характеризующие состояние вещества, называются параметрами состояния.
Давление P — это с
Диффузия, внутреннее трение, теплопроводность.
В газе находящимся в объеме всегда имеется неоднородность плотности, давления, температуры. Хаотическое движение молекул постепенно выравнивает эту неоднородность, и газ приходит в состояние равнов
Давление идеального газа на стенку
Давление газа в сосуде определяется взаимодействием его молекул со стенкой. Выделим на поверхности стенки сосуда достаточно малую площадку
Уравнение состояния идеального газа
Опытным путем было получено отношение, которое равно постоянной велечине.
При условии, что газ имеет Р = 1,01∙105
Работа и теплопередача
Обмен энергией между (ТС) и окружающими ее телами может проходить в двух формах: макроскопической (в форме работы) и микроскопической (в форме теплопередачи, или теплооборота).
Работа
Теплоемкость
Теплоемкость – количество тепла δQ, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один градус:
C=
Изменение энтропии в изопроцессах
Пусть система совершает процесс с изменением термодинамической вероятности указанной на рис. 8.9.
Состояние системы с термодинамической вероятностью W1 в начальный момент времен
Второе начало термодинамики
Приведем наиболее простую формулировку второго начала термодинамики: тепло не может переходить самопроизвольно холодных тел к горячим. Это утверждение многократно подтверждается в нашей практике, в
Динамика
· Свободное тело - тело, на которое не действуют какие-либо другие тела.
· Инерциальная система отсчета- система отсчета, в которой свободное тело покоитс
, (7.5)
а его график в координатах PT приведем на рис. 7.4.
. (7.7)
(7.8)
. (7.10)
.
. (7.11)
(7.12)
.
, (7.14)
(7.15)
, (7.16)
.
, то
, 
(7.17)
Новости и инфо для студентов