физика. Это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь

• Название: Это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь
• Анкор: физика
• Дата: 12.05.2021
• Размер: 1.3 Mb.
• Имя файла: Fizika_1_Semestr_Sessia.docx
• Тип: Документы; #203958
• страница: 3 из 3

Теплопроводность газов

– уравнение теплопроводности/Фурье

- уравнение теплопроводности/Фурье, где Λ = – коэффициент теплопроводности

Диффузия в газах

- закон Фика, где D = – коэффициент диффузии ( )

Вязкость газов



- сила внутреннего трения, где η = - коэффициент вязкости

3 1) Внутренняя энергия термодинамической системы - В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся молекул (тепловой энергии недостаточно, чтобы изменить строение атома, а тем более ядра). Следовательно, фактически под внутренней энергией в термодинамике подразумевают энергию теплового хаотического движения молекул.

В нутренняя энергия U одного моля идеального газа равна:



Число степеней свободы молекулы&Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул -




общее количество степеней свободы






32) Внутренняя энергия идеального газа -

Работа газа при изменении его объёма - Если газ, расширяясь, передвигает поршень на расстояние dl, то производит над ним работу dA = Fdl = pS dl = pdV

dA = pdV
К оличество теплоты - энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой. Количество теплоты входит в математическую формулировку первого начала термодинамики, которую можно записать как. Первый закон термодинамики – в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной Const. Теплота и работа являются двумя единственно возможными формами передачи энергии от одних тел к другим.

3 3) Теплоёмкость – 1. Удельная теплоёмкость вещества – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1кг вещества на 1К: 2. Молярная теплоёмкость: . Теплоёмкость идеального газа при постоянном давлении и при постоянном объёме –

1. Изобарный



2. Изохорный.

В изохорном процессе постоянен объём, то есть V=0 и, следовательно, газ не совершает работы. Первое Начало Термодинамики для изохорного процесса имеет вид:

, ,

У равнение Майера - это уравнение, связывающее теплоёмкость идеального газа при постоянном давлении с его теплоёмкостью при постоянном объёме. Для газа, взятого в количестве одного моля, соотношение Майера имеет вид:

34) Применение первого закона термодинамики для вычисления работы и изменения внутренней энергии при изохорическом, изобарическом, изотермическом процессах(см. лист) – 1. При изотермическом процессе изменения внутренней энергии в идеальном газе не происходит и все подводимое к газу количество теплоты идет на совершение им работы: T = const, U = const, ΔU = 0, Q = A. 2. При изохорном процессе объем газа остается постоянным. Соответственно, не совершается работа и внутренняя энергия газа изменяется исключительно за счет теплообмена с окружающей средой: V = const, ΔV = 0, A = 0, ΔU = QV

35) Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона. Работа идеального газа при адиабатическом процессе (см листок).

36) Обратимые и необратимые процессы - 1. Обратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Необходимым и достаточным условием обратимости термодинамического процесса является его равновесность (состояние равновесия – то состояние, в котором система может находится бесконечно долго при неизменных внешних параметрах). Квазистатические процессы – текут бесконечно медленно – бесконечная последовательность равновесных состояний, причём может пойти вспять, а потом снова в прежнем направлении. 2. Необратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.

Все реальные процессы протекают с конечной скоростью. Они сопровождаются трением, диффузией и теплообменом при конечной разности между температурами системы и внешней среды. Следовательно, все они неравновесны и необратимы. 3. Всякий необратимый процесс в одном направлений (прямом) протекает самопроизвольно, а для осуществления его в обратном направлении так, чтобы система вернулась в первоначальное состояние, требуется компенсирующий процесс во внешних телах, в результате которого состояния этих тел .оказываются отличными от первоначальных. Например, процесс выравнивания температур двух соприкасающихся различно нагретых тел идет самопроизвольно, т. е. не связан с необходимостью одновременного существования каких-либо процессов в других (внешних), телах. Однако для осуществления обратного процесса увеличения разности температур тел до первоначальной нужны компенсирующие процессы во внешних телах, обусловливающие, например, работу холодильной машины. Круговой процесс – цикл, в котором система периодически возвращается в исходное состояние. КПД для кругового процесса – 1. Если за цикл совершается положительная работа A>0: - цикл по часовой стрелке, прямой цикл

- цикл против часовой стрелки, обратный цикл

Причём U = 0, так как по кругу => Q = A. Но в результате кругового процесса система может как получать, так и терять теплоту =>

Q = Q1(полученное) – Q2(отданное)

КПД = . Прямой цикл – тепловой двигатель (за счёт получения тепла извне), обратный – холодильная машина.

37) Приведённое количество теплоты - элементарное количество теплоты Q, полученное термодинамической системой в бесконечно малом процессе, при абсолютной температуре T. Определяется отношением: . Понятие в термодинамику было введено Клаузиусом.

Р азность энтропий в двух равновесных состояниях 1 и 2, по определению, равна приведённому количеству тепла, которое надо сообщить системе, чтобы перевести её из состояния 1 в состояние 2 по любому квазистатическому пути

Э нтропия, её статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью - изменение энтропии в процессах идеального газа:


Т ак как для адиабатического процесса dQ = 0, то DS = 0 и, следовательно, S=const, т. е. адиабатический обратимый процесс протекает при постоянной энтропии. Поэтому его часто называют изоэнтропийным процессом. Из формулы (57.7) следует, что при изотермическом процессе (T1= T2):
п ри изохорном процессе (V1 = V2):
С огласно Больцману (1872), энтропия системы и термодинамическая вероятность связаны между собой следующим образом:

где k — постоянная Больцмана. Таким образом, энтропия определяется логарифмом числа микросостояний, с помощью которых может быть реализовано данное макросостояние. Следовательно, энтропия может рассматриваться как мера вероятности состояния термодинамической системы. Формула Больцмана (57.8) позволяет дать энтропии следующее статистическое толкование: энтропия является мерой неупорядо­ченности системы. В самом деле, чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия. В состоянии равновесия — наиболее вероятного состояния системы — число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия. Так как реальные процессы необратимы, то можно утверждать, что все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению ее энтропии — принцип возрастания энтропии. При статистическом толковании энтропии это означает, что процессы в замкнутой системе идут в направлении увеличения числа микросостояний, иными словами, от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор пока вероятность состояния не станет максимальной.

Сопоставляя выражения (57.5) и (57.8), видим, что энтропия и термодинамичес­кая вероятность состояний замкнутой системы могут либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянными (в случае обратимых процес­сов).

Отметим, однако, что эти утверждения имеют место для систем, состоящих из очень большого числа частиц, но могут нарушаться в системах с малым числом частиц. Для «малых» систем могут наблюдаться флуктуации, т. е. энтропия и термодинамическая вероятность состояний замкнутой системы на определенном отрезке времени могут убывать, а не возрастать, или оставаться постоянными

38) Изменение энтропии в законах идеального газа (см вопрос 37).

39) Второй закон термодинамики, его различные формулировки – 1. Второе начало т/д определяет направление протекания т/д процессов 2. Устанавливает существование энтропии как функции состояния термодинамической системы и вводит понятие абсолютной термодинамической температуры, то есть «второе начало представляет собой закон об энтропии» и её свойствах. В изолированной системе энтропия остаётся либо неизменной, либо возрастает (в неравновесных процессах), достигая максимума при установлении термодинамического равновесия (закон возрастания энтропии). 3. По Кельвину: невозможно всё тепло перевести в работу/вечный двигатель второго невозможен из-за невозможности создать тепловой двигатель с КПД = 1. 4. По Клаузису: невозможно передать тепло от более холодного тела к более горячему.

4 0) Третий закон термодинамики - Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система (где х — любой термодинамический параметр системы (давление, объём и др.)):

Т еорема Нернста-Планка - Согласно тепловой теореме Нернста (1906 г.), при абсолютном нуле все изменения энтропии ΔS обращаются в нуль:

Т епловая теорема Планка (1910 г.) более радикальна: при абсолютном нуле S обращается в нуль:

Для чисто термодинамического подхода достаточно теоремы Нернста. В статистической физике более естественен подход Планка, а теорема Нернста уже не является аксиомой, а получается автоматически, как следствие статистического подхода.

4 1) Тепловые двигатели и холодильные машины – 1. Тепловой двигатель - это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты. Рабочее тело - это тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами. Принцип работы теплового двигателя: от термостата с более высокой температурой T1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой T2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2. При этом совершается работа A=Q1-Q2.

КПД = , При этом Q=Q1-Q2=A или Q1=Q2+A. Количество теплоты Q1, отданное системой термостату T1, больше количества теплоты Q2, полученного от термостата T2, на величину работы, совершенной над системой. Эффективность холодильной машины характеризует холодильный коэффициент η' - отношение отнятой от термостата с более низкой температурой количества теплоты Q2 к работе A, которая затрачивается на приведение холодильной машины в действие:

η'=Q2/A=Q2/(Q1-Q2)

Ц икл Карно и его КПД для идеального газа - это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов. В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу за счёт обмена теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником.