Термодинамика. Лекция Термодинамическая система и ее состояние Основные понятия и определения Термодинамической системой

• Название: Лекция Термодинамическая система и ее состояние Основные понятия и определения Термодинамической системой
• Анкор: Термодинамика
• Дата: 26.01.2023
• Размер: 4.04 Mb.
• Имя файла: Termodinamika_konspekt_Lektsy_Ch1.docx
• Тип: Лекция; #907093
• страница: 2 из 9

1.4. Термодинамический процесс. Равновесные, неравновесные

и квазиравновесные термодинамические процессы

Термодинамическим процес­сом называется изменение состояния системы (тела), сопровождающееся из­менением ее параметров (р, , Т).

Все процессы могут быть разделены на равновесные и неравновесные.

Равновесным называется процесс, при осуществлении которого система

проходит через непрерывный ряд равновесных состояний. Следовательно, при протекании равновесного процес­са в каждый данный момент давление и температура во всех частях системы одинаковы.

Неравновесным называется процесс, при протекании которого система не находится в состоянии рав­новесия. При осуществлении такого процесса давление и тем­пература в различных областях системы могут быть неодина­ковы.

Реальные процессы, протекающие в технических устройствах, в принципе являются неравновесными. Это объяс­няется тем, что изменение состояния системы, представляющее собой термодинамический процесс, может быть осуществлено только посредством внешнего воздействия путем нарушения равновесия. Однако можно представить такие условия проте­кания реальных процессов, когда они становятся практически равновесными(квазиравновесными, т.е. как бы равновесными). Очевидно, что для этого нарушения равновесия в системе должны быть бесконечно ма­лыми; последнее может быть достигнуто медленным изменением состояния систем, т. е. медленным протеканием процесса.

Рассмотрим для примера сжатие газа в цилиндре с помощью поршня. При движении поршня в первую очередь будут сжи­маться слои газа, которые непосредственно прилегают к поверх­ности поршня. Следовательно, давление в этих слоях газа будут выше среднего давления газа в цилиндре. Поэтому в процессе сжатия давление газа в цилиндре является неодинаковым и сам про­цесс неравновесным. Передача этого, вызванного перемещением поршня, изменения давления происходит с конечной скоростью, равной скорости звука. Если скорость перемещения поршня w_n мала по сравнению со скоростью звука а, то давление в каж­дый данный момент будет успевать выравниваться по всему объ­ему цилиндра и процесс будет квазиравновесным. Наоборот, при соизмеримых значенияхw_n и а процесс будет неравновесным. Таким образом, равновесный процесс является предельным слу­чаем неравновесного при стремлении скорости последнего к ну­лю. Замена реального процесса равновесным позволяет для его исследования использовать термодинамические уравнения и ме­тоды анализа, что дает весьма плодотворные результаты и ча­сто очень точные.

1.5. Теплоемкость и факторы на неё влияющие
1.5.1. Виды теплоемкости
Теплоемкость – это количество теплоты, поглощаемой телом (газом), при повышении его температуры на один градус Цельсия.

Удельная теплоемкость – это теплоемкость 1 кг вещества. Она обозначается символом «с» и имеет размерность Дж/(кг∙К).

Мольная теплоемкость – это теплоемкость 1 моля вещества

(с_μ, Дж/(моль∙К).

Истинная теплоемкость (1.4)

– это бесконечно малое количество теплоты , необходимое для нагрева 1 кг вещества на бесконечно малую величину .

Средняя теплоемкость газа в интервале температур от Т₁ до Т₂

(1.5)

– это количество теплоты, подведенное к 1 кг вещества при изменении его температуры от Т₁ до Т₂.
1.5.2. Теплоемкость газов
Теплоемкость газов зависит от:

• 
  типа термодинамического процесса (изохорный, изобарный, изотермический и др.);
  
• 
  рода газа, т.е. от числа атомов в молекуле;
  
• 
  параметров состояния газа (давления, температуры и др.).
  

а) Влияние типа термодинамического процесса на теплоемкость газа

Количество теплоты, необходимое для нагревания одного и того же количества газа в одном и том же диапазоне температур, зависит от типа термодинамического процесса, совершаемого газом.

Рис. 1.2.

В изохорном процессе (υ = const) теплота тратится лишь на нагрев газа на величину . Газ не расширяется в замкнутом сосуде (рис. 1.2а), поэтому и не совершает работу. Теплоемкость газа в изохорном процессе обозначается символом с_υ.

В изобарном процессе (р = const) теплота тратится не только на нагрев газа на ту же величину , что и в изохорном процессе, но и на совершение им работы при поднятии поршня с площадью на величину (рис. 1.2б). Теплоемкость газа в изобарном процессе обозначается символом с_р.

Так как по условию в обоих процессах величина одинакова, то в изобарном процессе за счет совершения газом работы величина . Поэтому в изобарном процессе теплоемкость с_р с_υ.

В соответствии с формулой Майера для идеального газа

или. (1.6)

б) Влияние рода газа на его теплоемкость