Лекция 9

До сих пор мы рассматривали термодинамические методы исследования неподвижных макроскопических систем, для которых I закон термодинамики, т.е. закон сохранения энергии, записывался в форме (2.6) или (2.7), где изменение полной энергии системы сводилось только к изменению её внутренней энергии. Как уже говорилось выше, такой подход к описанию термодинамических систем всегда возможен с помощью перехода в систему отсчёта, жёстко связанную с рассматриваемой термодинамической системой. С точки же зрения наблюдателя, относительно которого термодинамическая система перемещается со скоростью центра инерции и вращается как целое с угловой скоростью во внешнем потенциальном поле сил с потенциалом , закон сохранения полной энергии следует записать в виде

(7.1)

где изменение полной энергии системы складывается из изменения её кинетической энергии поступательного и вращательного движения, изменения потенциальной энергии во внешних полях, изменения внутренней энергии системы и изменения потенциальной энергии оболочки системы, определённой в (2.15), т.е.

(7.2)

Здесь J - момент инерции системы, Ψ - потенциальная энергия системы во внешних полях, причём в однородном поле тяжести , в электростатическом поле (φ – электростатический потенциал).

Под L в (7.1) понимается работа изменения объёма термодинамической системы в том смысле, как она определена для неподвижной системы, однако с точки зрения наблюдателя, относительно которого система движется, эту работу удобнее записать через величины, характеризующие внешние по отношению к системе объекты. Тогда работа системы L будет складываться из работы по механическому перемещению ограничивающих систему поверхностей, называемой технической работой L _техн, и работы, затрачиваемой на преодоление сил трения или сил вязкости L _тр. Количество теплоты Q для движущихся систем определяется так же, как и для неподвижных, т.е. как произведение теплоёмкости и изменения температуры тела, причём температура должна измеряться неподвижным относительно системы термометром. С учётом (7.2) и перечисленных выше замечаний первое начало термодинамики для движущихся термодинамических систем (7.1) принимает вид

(7.3)

Энтропия движущейся термодинамической системы определяется так же, как и для неподвижной, поэтому второе начало термодинамики для движущихся систем будет записываться в виде

(7.4)

Первый закон термодинамики (7.3) для бесконечно малого процесса имеет вид

(7.5)

В дальнейшем мы будем рассматривать системы без вращения (ω = 0), а из потенциальных внешних полей будем учитывать только поле тяжести.

Тогда первый и второй законы термодинамики для движущейся системы принимают вид (для М = 1 кг)

(7.6)

(7.7)

В (7.6) учтено, что сумма u+pv есть, по определению, энтальпия системы h.