Билет № 21. Термодинамический подход к изучению физических явлений

Термодинамический подход к изучению физических явлений. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изотермическому, изохорному, изобарному и адиабатному процессам.

В термодинамике рассматривают тела, положение центра тяжести которых, практически не изменяется и механическая энергия таких тел остается постоянной. При переходе системы из одного состояния в другое внутренняя энергия может изменяться, как за счет совершения работы, так и за счет передачи теплоты. Изменение внутренней энергии системы, при переходе ее из одного состояния в другое, равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе: U = A + Q Если система изолирована и под ней не совершается работа, и не обменивается теплотой с окружающей средой Q = 0, то U = U2 - U1 = 0 т.е. U1 = U2, U = const. Внутренняя энергия изолированной системы неизменна. Часто вместо работы внешней силы над системой А рассматривают работу системы А', A' = -A, получаем Q = U + A' Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. Применим первый закон термодинамики к изопроцессам. 1. При изотермическом расширении и сжатии температура газа не меняется. T = const, U = 0; Q = A' Если Q > 0 система получает тепло; A' > 0 газ совершает положительную работу. Q < 0 - система отдает тепло; A' < 0, A > 0. Работа внешних сил положительна. 2. Изохорный процесс. V= const. V = 0, A' = P V = 0, A' = 0 U = Q, Q > 0, U > 0 - увеличивается Q < 0, U < 0 - уменьшается Изменение внутренней энергии равно количеству теплоты. 3. Изобарный процесс. P = const. При нагревании газа (передача ему количества теплоты) происходит увеличение внутренней энергии и совершение работы расширения Q = U + A' = U + P V При изобарном сжатии газа необходимо внешним силам совершить работу, чтобы давление осталось постоянным. Газ должен отдать окружающим телам некоторое количество теплоты Q > A (при сжатии) ∆ U = A - Q; Q = A - U, U < 0 4. Адиабатный процесс Q = 0 Адиабатным называется процесс изменения объема и давления газа при отсутствии теплообмена с окружающими телами. Быстро текущие процессы могут быть близки к адиабатным, если время за которое происходит изменение объема газа, значительно меньше времени, необходимого для установления теплового равновесия газа с окружающими телами. Примеры: Опыт: с вылетающей из бутылки пробки, содержащей насыщенный водяной пар, при накачивании в нее воздуха, в ней образуется туман. Поскольку, при адиабатном сжатии температура газа повышается, давление растет быстрее, чем при изотермическом процессе. Понижение температуры при адиабатном расширении приведет к тому, что давление убывает быстрее. На графике адиабата идет круче изотермы.