Внутренняя энергия идеального газа

В идеальном газе взаимодействием молекул пренебрегают, поэтому под внутренней энергией идеального газа подразумевают только кинетическую энергию хаотичного теплового движения молекул. Кинетическая энергия одной молекулы идеального газа

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , (22)

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - число степеней свободы молекулы. Одноатомная молекула газа имеет три степени свободы (ее положение в пространстве описывается тремя координатами, например, x,y,z). Двухатомная молекула газа имеет 5 степеней свободы (3 координаты определяют положение центра масс молекулы и описывают ее поступательное движение, 2 угла описывают вращательное движение молекулы). Многоатомная молекула, подобно твердому телу, имеет 6 степеней свободы (3 координаты определяют поступательное движение молекулы как целого, и 3 угла - ее вращение). Т.к. колебательное движение молекулы газа характеризуется большой энергией возбуждения, то при обычных температурах этот вид движения не проявляется.

Внутренняя энергия идеального газа, состоящего из Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru молекул, равна

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru . (23)

Изменение Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru внутренней энергии идеального газа определяется изменением Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru его температуры и не зависит от вида термодинамического процесса.

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru . (24)

2. Работа Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , совершаемая при расширении вещества.

При малом изменении Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru объема вещества совершается работа против внешних сил

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru ,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - давление вещества. Работа, совершаемая при изменении объема от Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru до Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru ,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , (25)

и зависит от вида термодинамического процесса.

При изотермическом процессе в идеальном газе, когда Т=const,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru .

При изобарном процессе, когда p=const,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru .

При изохорном процессе, при V=const , Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru и Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru .

Теплота Q.

При нагревании вещества, когда не происходит изменения его агрегатного состояния, подводимое количество теплоты Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru пропорционально изменению Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru температуры вещества, что записывают либо в виде

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или в виде Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru . (26)

При малом изменении состояния системы, соответственно,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru ,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - теплота, вызывающая малое изменение Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru температуры тела.

Коэффициенты пропорциональности

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - теплоемкость тела,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - молярная теплоемкость вещества,

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - удельная теплоемкость вещества.

Т.к. число молей Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , то Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru .

Молярная и удельная теплоемкости зависят от природы вещества, температуры и от вида термодинамического процесса. Теплоемкость тела зависит также от его массы. Твердые тела и жидкости обычно характеризуют удельной теплоемкостью, а газы – молярной.

При изменении агрегатного состояния вещества: плавлении (кристаллизации), кипении (конденсации), когда подводимое тепло тратится на разрыв связей между молекулами и изменения температуры вещества не происходит, теплоту Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru записывают в виде:

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , или Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru , (27)

Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - удельная теплота кипения и Внутренняя энергия идеального газа - student2.ru - удельная теплота плавления вещества.

Наши рекомендации