Применение первого закона термодинамики к изопроцессам
Основы термодинамики
Законы термодинамики
Первый закон термодинамики
Основные положения термодинамики называется часто законами или началами. В формулировке этих начал основная заслуга принадлежит немецкому физику Клаузиусу (Рудольф Юлиус Эммануэль. 1822 – 1888гг.).
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе.
∆U=Ави+Q, где ∆U – приращение тепла
Ави – совершенная полезная работа
Q – внутренняя энергия тела
Работа и количество теплоты зависят от процесса перехода системы из одного состояния в другое, при одних и тех же начальном и конечном состояниях работа и количество теплоты могут быть различными. Изменение внутренней энергии зависят только от начального и конечного состояний.
Второй закон термодинамики (две формулировки).
Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым (Клаузиус).
Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в эквивалентную ей работу (Кельвин).
Адиабатный процесс– процесс, при котором система не получает тепло извне и не отдает его, т.е. процесс происходит без теплообмена.Q=0
∆U=A
Работа в термодинамике
При малых изменениях объема работа газа равна
A=q∆V
Графически работа в термодинамике определяется площадью фигур, заключенной между линией графика, осью абсцисс и двумя ординатами.
Применение первого закона термодинамики к изопроцессам
| Название процесса | Запись закона | Изменение внутренней энергии | Физический смысл первого закона термодинамики |
| Изохорный Изометрический Изобарный Адиабатный | Нагревание ∆U>0 Охлаждение Расширение Ar=Q Сжатие Aвн.с= -Q Нагревание (расширение) Q=∆U+Ar Охлаждение (сжатие) ∆U= -Ar-Q Расширение ∆U= -Ar Сжатие ∆U=A | ∆U>0 ∆U<Q ∆U=0 ∆U=0 ∆U>0 ∆U<0 ∆U<0 ∆U>0 | Внутренняя энергия газа увеличивается за счет подводимого тепла Внутренняя энергия уменьшается за счет того, что газ передает тепло окружающей среде Все переданные газы и тепло идет на совершение работы При совершении работы внешними силами газ отдает тепло Подводимое к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение газом работы Внутренняя энергия уменьшается за счет того, что над газом совершается работа, он отдает тепло окружающей среде Внутренняя энергия газа уменьшается за счет того, что газ совершает работу без охлаждения Работа внешних сил идет на увеличение внутренней энергии газа. Газ нагревается |
Второе начало термодинамики. Принцип возрастания энтропии. Тепловая «смерть» Вселенной.
Клаузиус сформировал правило, по которому «теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому».
Для описания системы, находящейся в термодинамическом равновесии, Клаузиус вводит понятие «ЭНТРОПЪИ»(1865 г.) – (?).
Величина энтропии определяет необратимый переход энергии в тепло. Состояние вещества, - энтропии – позволяет объяснить невозможность создания вечного двигателя второго рода. Принцип действия такого двигателя прост: отнимая тепло от тел, использовать его для полезной работы.
ü В результате термодинамических процессов энтропия всегда возрастает. Рост энтропии привел Клаузиуса (1865г) к представлению о тепловой “смерти” Вселенной – конечном состоянии Вселенной. Согласно второму началу термодинамики, все процессы направлены к достижению равновесного состояния, все нагретые тела рано или поздно отдают всю свою энергию окружающей среде и температура станет везде одинаковой.
ü Таким образом, во Вселенной будет достигнута максимальная величина энтропии и протекание каких – либо процессов станет невозможным.
Вывод:
Вывод Клаузиуса пытались опровергнуть такие физики, как Больцман, (1872 г.) и др.
Согласно Больцману состояние тепловой «смерти» - естественное состояние Вселенной.
Равновесное состояние – это только вероятное состояние вещества. За бесконечное время продолжения «смерти» возможны отклонения. В одно из таких исключений живём мы с вами.