Первое начало термодинамики для изопроцессов, Первый закон термодинамики
Применение первого закона термодинамики к идеальному газу. Стоимость: 2 руб Заказать такую же работу. Одна из характеристик квазистатического процесса — обратимость. Каждая точка, принадлежащая адиабате, описывает равновесное состояние. Энтропия — это степень неупорядоченности.
Это — формулировка Дж. Джоуля г. Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, то есть, оно зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Это определение особенно важно для химической термодинамики ввиду сложности рассматриваемых процессов. Иными словами, внутренняя энергия является функцией состояния.
В циклическом процессе внутренняя энергия не изменяется. Разделение работы на две части, одна из которых описывает работу, совершённую над системой, а вторая — работу, совершённую самой системой, подчёркивает, что эти работы могут быть совершены силами разной природы вследствие разных источников сил. Среди равновесных процессов, которые происходят с термодинамическими системами, отдельно рассматриваются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния остается постоянным.
Диаграмма этого процесса изохора в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси ординат рис. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т. Диаграмма этого процесса изобара в координатах р, V изображается прямой, которая параллельна оси V. При изобарном процессе работа газа при увеличения объема от V 1 до V 2 равна 2 и равна площади заштрихованного прямоугольника рис.
R численно равна работе изобарного расширения 1 моль идеального газа при нагревании его на 1 К. Изотермический процесс описывается законом Бойля—Мариотта: Диаграмма этого процесса изотерма в координатах р, V представляет собой гиперболу, которая расположена на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс.
Адиабатический процесс — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии. Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, если их проводить достаточно медленно квазистатически. В общем случае адиабатический процесс необратим.
Иногда к ним добавляется еще один, четвертый, процесс, который, строго говоря, изопроцессом не является, однако имеет важные особенности, — это адиабатный процесс, в котором газ не обменивается теплом со внешней средой. Первое начало термодинамики позволяет связывать количество тепла, переданное газу с его температурой, — то есть производить определение его теплоемкости.
Жидкие и твердые тела мало меняют свой объем при изменении температуры, теплоемкость у них также изменяется незначительно. Теплоемкость газов же значительно зависит от процесса, происходящего с газом. При изохорном процессе объем газа постоянен. Следовательно, и работа равна нулю. А значит, согласно первому началу, всё подведенное к газу тепло пойдет на изменение внутренней энергии:.
При изобарном процессе происходит как изменение внутренней энергии, так и совершение работы. Согласно первому началу термодинамики имеем:.
Для изотермического процесса температура газа остается постоянной, и внутренняя энергия газа не меняется, сколько бы тепла газу не передавалось. То есть формально теплоемкость при таком процессе стремится к бесконечности:.
Индекс p означает, что процесс протекает при постоянном давлении.
Давление газа остается постоянным за счет соответствующего изменения объема. Таким образом оказывается, что для повышения температуры газа на одно и то же количество градусов при постоянном давлении надо сообщить ему большее количество теплоты, чем при постоянном объеме, так часть теплоты расходуется на совершение работы.
Если обозначить удельную теплоемкость при постоянном давлении c p , то первый закон термодинамики для изобарного процесса примет вид: или:. Из уравнения Менделеева—Клапейрона следует, что. Кроме рассмотренных, возможен еще вариант, когда термодинамическая система не обменивается теплотой с окружающей средой.
Процесс, происходящий при этом с газом, называется адиабатным. При адиабатном процессе работа совершается газом за счет убыли его внутренней энергии, либо наоборот, за счет совершения над газом работы, увеличивается его внутренняя энергия. Адиабатный процесс и его результаты можно пронаблюдать с помощью следующих опытов.
Бутылку из светлого стекла закрепим в штативе и закроем пробкой, сквозь которую пропущена трубка. На трубку надет шланг, соединенный с нагнетающим насосом.
