![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Работа и количество тепла. Первый закон термодинамики. Работа при равновесном и неравновесном изменении объема системы.Пусть внутренняя энергия системы изменилась за счет взаимодействия с внешней средой на величину dU. По закону сохранения и превращения энергии таким же по абсолютной величине должно быть изменение энергии тех тел окружающей среды, с которыми провзаимодействовала система. Полная работа, которой обменивается рассматриваемая система с окружающими телами,
где n – число разнородных воздействий (механических, электрических, магнитных и т. д.) на тело. Элементарную работу, совершаемую системой над внешними телами, условились считать положительной Работа – это способ обмена энергией между системой и окружающей средой. Если такового обмена нет, то ни у рассматриваемой системы, ни у окружающей среды нет определенного количества работы, т. е. работа не является функцией состояния. Способ изменения внутренней энергии системы не сопровождается макроскопической (видимой) работой, т. е. при этом способе внешние тела не перемещаются или не изменяются действующие на систему внешние поля. Этот способ изменения внутренней энергии системы называют теплообменом (теплопередачей) и заключается он в том, что рассматриваемая система приводится в тепловой контакт с внешней средой, имеющей температуру, отличную от температуры самой системы. Количество энергии, которым обменивается система и окружающая среда в процессе теплообмена, называют количеством теплоты. Количество теплоты проявляется только в процессе обмена энергией системы и окружающей среды. У тела может быть только определенное количество внутренней энергии. Поэтому внутренняя энергия – функция состояния, а теплота, как и работа, не является функцией состояния. Все три введенные величины – внутренняя энергия, работа и теплота входят в уравнение первого закона термодинамики. Согласно этому закону, количество теплоты
Если система частиц изолирована, т. е. не обменивается энергией с окружающей средой ни в форме работы Пусть газ, заключенный в цилиндр и закрытый сверху невесомым подвижным поршнем, находится в равновесии. Это значит, что давление газа p равно внешнему давлению Р и с.24 Положим, что газ бесконечно медленно (равновесно) расширился за счет полученного тепла и поршень переместился на
где Работа расширения, совершаемая газом, при конечном изменении объема
Ясно, что работа расширения против сил внешнего давления производится только тогда, когда изменяется объем тела Знак работы определяется знаком Формулы (2.4.1–2.4.2) справедливы не только для газов, но и для жидких и твердых тел. Рассмотрим, например, твердое тело, помещенное в жидкую или газообразную среду, которая при отсутствии внешних полей оказывает одинаковое давление на любые участки поверхности этого тела (рис. 25) Р и с. 25 Постоянство давления Пусть при расширении тела элементарные участки его поверхности Полная работа тела по увеличению объема на что совпадает с формулой (2.4.1). Чтобы процесс был равновесным, он должен протекать бесконечно медленно. При этом давление газа
Поэтому формулы (2.4.1–2.4.2) для равновесного процесса приобретают вид:
где
При неравновесном сжатии, наоборот, внешнее давление больше давления газа, поэтому и затраченная работа на сжатие больше, чем в случае равновесного процесса, т. е.
При неравновесных процессах работа расширениявсегда меньше а работа сжатия больше, чем при равновесных процессах.
|