Основные понятия по предмету



страница6/7
Дата08.10.2012
Размер1.41 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7

Теплоемкость тела C показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить данному телу, чтобы повысить температуру тела на один градус. C = Q / T. Единица теплоемкости в системе СИ один джоуль на кельвин 1 Дж/ K.

Удельная теплота c показывает, какое количество теплоты сообщается количеству данного веще-ства с единичной массой, для повышения его температуры на один градус: c = Q / (m T) Единица удельной теплоты в системе СИ один джоуль на килограмм и кельвин 1 Дж/(кг К). Следовательно передаваемое количество теплоты Q = c m T и теплоемкость тела C = c m.

Молярная теплота вещества – теплоемкость одной моли данного вещества.

Работа газа при расширении выражается формулой A = p V. Следовательно дифференциально малая работа dA = p dV. Проделанная системой работа при расширении системы считается положительной, а при сжатии отрицательной. Положительную работу при сжатии совершает сжимающая внешняя сила.

Термодинамика исследует тепловые явления, не интересуясь их причинами на микроскопическом уровне (этими причинами занимается статистическая физика). Термодинамика исследует усло­вия при которых теплота может перейти с одного тела на другое. Два тела находятся в термо­динамическом равновесии если теплота не переходит с одного тела на другое. Если два тела находятся в термодинамическом равновесии, то они имееют одинаковую температуру.


Внутренняя энергия тела (термодинамической системы) Uсуммарная энергия его частиц при их взаимном движении и взаимодействии. Внутренняя энергия идеального газа пропорциональна температуре: U = const . T. Например внутренняя энергия одной моли идеального газа вы­ражается формулой U = NA Ekk = NA (i/2) k T = (i/2) R T, где i число степеней свободы молекулы.

Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж /(K моль) показывает работу совершаемую одной молью идеального газа при ее изобарном расширении, так что ее температура повышается на один градус.

Первое начало термодинамики утверждает, что данное термодинамической системе количество теплоты Q идет на увеличение внутренней энергии системы U и на работу A = p V, совер­шаемую системой при его расширении. Итак Q = U + p V или в дифференциальной форме dQ = dU + p dV. Это – закон сохранения энергии.
Для совершения работы необходимо тратить энергию (теплоту или внутреннюю энергию).

Энтропия S – параметр состояния термодинамической системы, описывающий необратимое рассеивние энергии при тепловых явлениях. Нулевой уровень энтропии произвольный, важно только изменение. Дифференциальное изменение энтропии выражается формулой dS = dQ / T. Единица энтропии в системе СИ один джоуль на кельвин (1 Дж/К). Энтропия – мера неупорядоченности системы.

Термодинамическая вероятность расположения частиц w – микроскопический параметр соответ-ствующий энтропии. При этом выполняется соотношение S = k ln w. Если упорядоченность расположения частиц высока, то вероятность самопроизвольного возникновения такого состоя-ния мала и поэтому энтропия также мала.

Второе начало термодинамики гласит, что теплоту никогда невозможно полностью превратить в полезную работу. Формулировка Томсона: невозможно создать такую периодически работа­ющую тепловую машину, которая при работе не отдавала бы теплоту окружающим телам. Такая машина называется вечным двигателем (perpetuum mobile) второго типа. Второе начало термодинамики также называется законом увеличения энтропии: при отсутствии внешних сил энтропия любой термодинамической системы может только увеличиваться. Формулировка Клаусиуса: теплота не может самопроизвольно перейти с холодного тела на теплое. Для тако­го перехода нужна работа внешних сил.

Тепловое расширение – увеличение длины l или объема тела V при его нагревании. Это увеличение как правило пропорционально температуре: l = l T или V = V T, где – линейный коэффицент теплового расширения, - объемный коэффицент теплового расширения, T - изменение температуры.

Линейный коэффицент теплового расширения вещества показывает, каково относительное удлинение тела состоящего из данного вещества, при единичном повышении температуры = l / (l T).

Объемный коэффицент теплового расширения вещества показывает, каково относительное увеличение объема тела состоящего из данного вещества, при единичном повышении темпера-туры. = V / (V T). Единица коэффициентов теплового расширения обратный градус 1 K -1.

Параметры состояния описывают изменения происходящие с каким то количеством газа в тепло­вых процессах. Макроскопическими параметрами состояния являются: давление p, объем V, температура T и энтропия S. Соответствующими микроскопическими параметрами (описыва­ющими усредненно поведение одной молекулы) являются: 1) сила F1, действующая на стенку сосуда при ударе одной молекулы, 2) персональный объем одной молекулы V1, 3) средняя кинетическая энергия одной молекулы Ekk и 4) термодинамическая вероятность расположения молекул w.

Идеальный газ – модель реального газа, при котором пренебрегают: 1) размерами молекул и 2) взаимодействием не соприкасающихся молекул. Молекулы идеального газа соударяются как эластичные шарики с ничтожным объемом.

Изотермическим называется процесс, в ходе которого не изменяется температура, а следовательно и внутренняя энергия газа. Изотермический процесс описывается законом Бойля–Мариотта: если T = const, то p V = const. Так как dQ = dU + p dV, то расширение с совершением положительной работы (p dV > 0) при постоянстве внутренней энергии U возможно лишь за счет получаемого извне количества тепла (dQ > 0).

Изобарным называется процесс, в ходе которого не изменяется давление газа. Изобарный процесс описывается законом Ге-Люссака: если p = const, то V / T = const. Получаемая извне теплота dQ идет на увеличение внутренней энергии, а также и на работу при расширении.

Изокорным называется процесс, в ходе которого не изменяется объем газа. Изокорный процесс описывается законом Шарля: если V = const, то p / T = const. Получаемая извне теплота dQ идет только на увеличение внутренней энергии (расширения нет, dV = 0).

Адиабатическим называется процесс, в ходе которого не происходит теплообмена газа с окружа­ющей средой, следовательно не изменяется энтропия (S = const). Адиабатический процесс описывается уравнением Пуассона: p V = const или T V - 1 = const, где – отношение изобарной и изокорной удельной теплоты газа. Если теплообмен отсутствует (dQ = 0), то совершение работы (p dV > 0) возможно лишь за счет уменьшения внутренней энергии (dU < 0).

Отношение изобарной и изохорной молярной теплоты газа определено числом степеней свободы молекулы газа i по формуле: = (i+2) / i. Молярная теплота газа при изобарном процессе Cp больше молярной теплоты при изохорном процессе CV на универсальную газовую постоянную: Cp = CV + R, так как при изобарном процессе необходимо совершить работу при расширении.

Числом степеней свободы механической системы i является число независимых координат, опис-ывающих движение системы. Независимой называется координата, которую невозможно пред-ставить через остальные координаты. Одноатомная молекула имеет лишь три степени свободы поступательного движения. Двухатомная молекула имеет три степени свободы поступательного и две степени вращательного движения (суммарно пять). Трех и более -атомная молекула имеет три степени поступательного и три степени вращательного движения (суммарно шесть).

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева) связывает между со-бой параметры состояния газа: давление p, объем V и температуру T по формуле p V = z R T, где z – число молей газа и R – универсальная газовая постоянная.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газа утверждает, что давление газа зависит от концентрации молекул газа n = N / V и от средней кинетической энергии одной молекулы Ekk по формуле: p = 2/3 n Ekk . Отсюда следует, что Ekk = 3/2 k T и p = n k T, где k – постоянная Больцманна. В общем случае Ekk = (i/2) k T, где i – число степеней свободы моле­кулы газа.

Закон Дальтона утверждает, что давление смеси газов равно сумме компонент парциальных давле-ний. Парциальным называется давление, которое создавалось бы данным газом, если бы другие компоненты в смеси отсутствовали.

Среднеквадратичная скорость молекулы газа – квадратный корень из среднего значения квад­ратов скоростей молекул, выражается формулрой vr = (3 kT/m0) 1/2 = (3 RT/M) 1/2 , где m0 – масса одной молекулы газа и M – молярная масса.

Постоянная Больцманна k – отношение универсальной газовой постоянной R и числа Авогадро (газовая постоянная на одну молекулу): k = R / NA . k = 1,38 . 10 -23 Дж/K.

Реальный газ различается от идеального тем, что его молекулы имеют конечные размеры и между молекулами действуют силы. Состояние реального газа описывается уравнением Ван дер Ваальса (p + z2 a / V 2) (V z b) = z R T, где a и b – постоянные Ван дер Ваальса. Прибавляемая к давлению величина z2 a / V 2 – добавочная давление, обусловленное молекулярными силами притяжения. Вычитаемая из объема газа величина z b – объем самих молекул (туда, где есть уже одна молекула, другую не поставишь).

Критической называется температура выше которой вещество может находится только в газовом состоянии. На фазовой диаграмме этому соответствует критическая точка. Слово фаза здесь означает состояние вещества (газ, жидкость или твердое тело с определенной структурой). Линии на фазовой диаграмме различают фазы.

Тройной точкой называется состояние вещества (точка на фазовой диаграмме), в котором все три фазы уравновешены. На фазовой диаграмме в тройной точке пересекаются линии, разделяющие фазы.

Насыщенным паром называется состояние вещества, в котором жидкая и газовая фаза в равновесии (испарение и конденсация компенсируют друг друга). Каждому веществу свойственно опреде­ленная монотонная зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Жидкость кипит, если давление ее насыщенного пара при повышении температуры стало равным атмосферному давлению. Признаком кипения является возникновение пузырей во всем объеме жидкости и их массовое выплывание на поверхность.

Теплотой перехода (расплавление, испарение и так далее) называется количество теплоты, которое необходимо для осуществления данного фазового перехода с количеством данного вещества имеющим единичную массу. Единица теплоты перехода в системе СИ – один джоуль на килограмм (1 Дж/кг). При переходе в состояние с большей внутренней энергией теплота перехода поглощается в веществе, в противном случае выделяется .

Сила поверхностного натяжения – сила взаимного притяжения молекул жидкости находящихся на поверхности. Под действием силы поверхностного натяжения капля жидкости постарается принимать форму с наименьшей площадью (сферическую форму).

Коэффициент поверхностного натяжения показывает, какая сила поверхностного натяжения действует в этой жидкости на единичную длину линии срыва = Fp / l. Единица коэффициента поверхностного натяжения – один ньютон на метр (1 Н/м).

Длина свободного пробега - расстояние которое молекула газа в среднем проходит между двумя столкновениями. Эта длина определена эффективным диаметром молекулы d и концентрацией молекул n: = 1 / (21/2 d 2 n).

Закон распределения показывает, какая часть из рассматриваемых частиц имеет значение некото­рого параметра (скорости, энергии и так далее) в единичном промежутке вокруг данного значения. Законы распределения исследует статистическая физика.

Распределение молекул по скоростям f(v) = dn /(n dv) показывает, какая часть (dn) из общего числа молекул газа в единице объема n движется со скоростью, значение которой остается между значениями v и v + dv.

Основное уравнение термодинамики dU = T dS p dV утверждает, что увеличение энтропии сопровождается с увеличением внутренней энергии ситемы, а расширение системы (dV > 0) ведет к уменьшению внутренней энергии (dU < 0) если система не получит теплоты (T dS = 0).

Тепловая машина – устройство, превращающее теплоту в работу. Тепловая машина принимает от горячего тела (нагревателя) количество теплоты Q1, превращает часть из этой теплоты в полез­ную работу A и отдает остальную часть Q2 холодному телу (охладителю).

Коэффициент полезного действия тепловой машины = A / Q1 = (Q1 Q2) / Q1 и его макси­мально возможное значение m = (T1 T2) / T1 , где T1 и T2 температуры нагревателя и охладителя соответственно.

Термодинамические потенциалы – определенные энергии термодинамической системы. Их четыре: внутренняя энергия U, свободная энергия F, потенциал Гиббса G и энтальпия H.

Свободная энергия F = U – TS это “умная” (превращаемая в полезную работу) доля внутренней энергии U системы. Произведение TS ”глупая“ (хаотическая, не превращаемая в работу) доля внутренней энергии.

Энтальпия – сумма внутренней энергии U и работы pV, совершенной для достижения данного сос­тояния: H = U + pV = F + TS + pV. Энтальпия равняется всему количеству теплоты, которое необходимо сообщить системе, чтобы перевести систему из сингулярного состояния (p = 0, V = 0, T = 0, S = 0) в данное состояние.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Основные понятия по предмету iconЭкзаменационные вопросы по предмету «Информационные технологии»
Информатика. Приоритетные направления информатики. Информация, основные понятия, определение информации
Основные понятия по предмету icon«Православные храмы»
Формирование устойчивого интереса к предмету, желания больше узнавать о православной культуре России. Усвоить основные понятия: икона,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия и определения
Цели урока: дать основные понятия о принципах и методах сборки. Научиться составлять технологическую схему сборки
Основные понятия по предмету iconВопросы к зачету по I полугодию по спецматематике, 8 класс, 2007 Основные понятия и определения
Основные понятия и определения (уметь формулировать, применять, приводить примеры)
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия и определения 4 Линейные пространства 4
Данная работа рассматривает основные понятия, свойства, определения и теоремы, связанные с одним из классов линейных операторов –...
Основные понятия по предмету iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру по направлению «Философия»
Развития. Древнеиндийская философия, её основные черты. Периодизация индийской философии, её основные понятия: Брахман, Атман, сансара,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия теории множеств
Основные понятия теории множеств: Индивидуальные задания к модулю 1 / Юго-Зап гос ун-т; сост.: Т. В. Шевцова, Е. В. Скрипкина. Курск,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия в данной главе будут описаны все основные понятия, используемые в процессе работы. Состояние вычислительной машины
...
Основные понятия по предмету iconОбщие положения *Статья Основные понятия в настоящем Законе используются следующие понятия

Основные понятия по предмету iconОсновные понятия
Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие понятия
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org