|
|
Физика молекулярная. Методические указания к лабораторным работам для студентов инженерных специальностей
Вопросы для самопроверки
Как формулируется первое начало термодинамики?
В чем состоит недостаточность первого начала термодинамики?
Сформулируйте физический смысл энтропии системы. Чему она равна и от чего зависит?
Установите связь между энтропией и вероятностью и выясните, как изменяется энтропия при обратимых процессах.
Какие процессы называют обратимыми и какие - необратимыми?
Как формулируется второе начало термодинамики?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗА
ПО МЕТОДУ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА
Целью работы является ознакомление методом определения отношения теплоемкостей  и определение отношения удельных теплоемкостей воздуха.
Оборудование: прибор Клемана-Дезорма, насос Комовского. манометр.
Теоретическое введение
Тепловые свойства вещества характеризуются понятием теплоемкость. Теплоемкость как физическая величина определяется отношением количества теплоты, необходимой для нагрева, к величине изменения температуры вещества при нагреве: 
Величина теплоемкости газов зависит от условий их нагревания. Найдем эту зависимость, воспользовавшись уравнением состояния пологая для идеального газа  .
Тогда уравнения Клайперона-Менделеева принимает вид:
 , (1)
Первое начало термодинамики запишем в виде:
где  - количество тепла подводимого к термодинамической системе и затрачиваемое на увеличение ее внутренней энергии,  и на работу  . совершаемую системой против внешних сил.
По определению теплоемкости:
 (2)
Элементарная работа равна:
Рассмотрим два случая.
1. Газ нагревается при неизменном объеме. В этом случае  , и работа внешних сил равна нулю:
Все сообщаемое газу извне тепло идет на увеличение его внутренней энергии . Тогда из уравнения (2) следует, что удельная теплоемкость при постоянном объеме равна:
 (3)
2. Газ нагревается при постоянном давлении  . В этом случае получаемое газом извне тепло идет не только на увеличение его внутренней энергии , но и на совершение газом работы против внешней силы давления. Тогда удельная теплоемкость при постоянном давлении равна:
 (4)
Следовательно, для нагревания единицы массы газа на один градус при потребуется большое тепло, которое равно работе, совершаемой системой против внешней силы давления. Воспользовавшись уравнением состояния идеального газа (1) и взяв частную производную от параметров состояния  , получим:
 , (5)
но так как , то  , и тогда:
Подставляя эго выражение в (4) или заменяя через , получим:
 (6)
Таким образом, теплоемкость  больше теплоемкости  на величинутой работы . которую совершает единица массы газа при расширении, происходящем при постоянном давлении в результате повышения его температуры на 1°.
Из двух удельных теплоемкостей можно непосредственно определить только . Величина определяется косвенно.
Однако существуют способы непосредственного определения отношения , которое зависит только от числа степеней свободы молекул газа. Это отношение входит в выражение закона Пуассона.
 (7) описывающего адиабатический процесс в газах.
Адиабатическим процессом называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Такой процесс будет происходить в системе, окруженной совершенно нетеплопроводными стенками. Так как совершенно нетеплопроводные стенки создать нельзя, то в действительности всякий процесс может лишь приближаться к адиабатическому. Если процесс протекает достаточно быстро, т.е. так, что система не успевает вступить в теплообмен с окружающей средой, то его можно считать адиабатическим и при отсутствии тепловой изоляции (например, при быстром сжатии и расширении газа).
Первое начало термодинамики для адиабатического процесса принимает вид:
 ,
 (8)
Работа сжатия газа в адиабатическом процессе  происходит только за счет изменения запаса его внутренней энергии. Поэтому адиабатическое расширение сопровождается понижением температуры, адиабатическое сжатие - ее повышением.
|
|
|
Скачать 0.62 Mb.