Билет 19. 1. Внутренняя энергия и способы её изменения

1. Внутренняя энергия и способы её изменения. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам.

Внутренняя энергия - сумма кинетических энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией. Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит - температурой тела. Потенциальная - расстоянием между частицами, а значит - объемом.

Следовательно: U=U(T,V) - внутренняя энергия зависит от объема и температуры.

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа:

Для идеального газа: U=U(T), т.к. взаимодействием на расстоянии пренебрегаем.

Способы изменения внутренней энергии.

1.Совершение работы А . 2. 2.Теплопередача Q.

Работа газа :

Работа внешних сил над газом:

Количество теплоты

Q = cm(t₂-t₁) – нагревание (охлаждение)

Q=±lm - плавление (отвердевание)

Q = ±Lm - парообразование (конденсация)

Q = qm – сгорание топлива

Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то А = - А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда применяется другая форма записи первого законатермодинамики: количество теплоты, переданное системе равно сумме изменения внутренней энергии системы и работы системы над внешними телами.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом.
В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закон термодинамики примет вид: Q =A^/ ,

т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.
В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: .
Q = A^/ +ΔU
При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е. А = 0, и уравнение первого закона имеет вид ,Q= ΔU,

т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.
Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, т.е. Q = 0,

следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается. A^/ = -ΔU

2. Постулаты специальной теории относительности. Полная энергия. Энергия покоя.

СТО – новая теория о пространстве и времени.

Первый постулат: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики. Первый постулат — принцип относительности.

Второй постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника или наблюдателя.

Эти два постулата образуют основу теории относительности А. Эйнштейна.

Из постулатов СТО следует, что скорость света в вакууме является предельно возможной. Никакой сигнал, никакое воздействие одного тела на другое не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.

Релятивистское замедление времени. Если t₀ – интервал времени между двумя событиями, происходящими в одной и той же пространственной точке, неподвижной относительно системы K ', а t – интервал времени между этими же событиями в системе K, то

где c – скорость света в вакууме. Время t₀, отсчитываемое по часам, покоящимся относительно данного тела, называется собственным временем. Оно всегда меньше времени, измеренного по движущимся часам: t₀ < t.