Eessõna

Molekulaarne füüsika ja termodünaamika põhitasemel uurivad energia üldist kontseptsiooni ja selle muutuste, ainete omaduste ja omaduste erinevates tingimustes. Selliste küsimuste arvestamine sätestab aluse üldise ja eridistsibels. Ülikooli lõpetaja tulevikus peaksid need teadmised ja oskused aitama kaasa tehniliste ülesannete koostamisse ja lahendamisse ja uute seadmete ja seadmete arendamisele.

Vastavalt sellele juhendaja Põhimõisted ja väärtused iseloomustavad termilised nähtused, samuti nende vahelised suhted on järjekindlalt kasutusele võetud. Kaasatakse klassikalise statistika omadused, Maxwell-Boltzmanni jaotus, ülekandenähtuste, kvantsenelektroonika ja plasma kontseptsioon, faaside muundused.

Esimese ja teise põhjal kaaluti termodünaamika aluseid.

Tekstis on kaasas näited probleemide lahendamise kohta asjakohastes teemadel.

Lisa sisaldab füüsikalisi konstante, mõningaid matemaatilisi suhteid ning kollokviumide küsimusi ja ülesandeid või ülesandeid sõltumatu töö Õpilased.

Siin puudub materjal, mis on seotud kvantstatistikaga ja tahke füüsikaga, on saadaval eelnevalt avaldatud kasutusjuhendis (3).

Käsiraamat kasutab SI-ühikute standardisüsteemi, kuigi näidete puhul antakse mittestandardsed üksused (väljaheited, atm, mm. Rt. Art. Et al.).

Sissejuhatus

Molecular füüsika ja termodünaamika

Molecular füüsika - füüsika osa Uurib aine struktuuri ja omadusi, mis põhinevad kogemustest tulenevate esitluste põhjal, et iga keha koosneb suurest hulgast osakestest (aatomid või molekulid), mis on pidevas kaootilises termilise liikumises. Mehhanismil määratakse keha liikumine ühemõtteliselt organismi esialgsetes tingimustes ja jõududel. Teades neid koguseid, saate arvutada keha positsiooni igal ajal. Selliseid nähtusi kirjeldavad dünaamilised mustrid. Molecular füüsika, nähtusi peetakse põhjustatud tegevusest tohutu hulga osakesi. Sellise suure hulga osakeste juhtimisel on iga suure hulga aatomite või molekulide liikumise arvutamiseks pidevalt muutuva koordinaadid ja kiirused võimatu isegi arvutis võimatu, seega juhul, tõenäosuslikud või statistilised mustrid uuritud meetoditega statistiline füüsika. See tähendab, et molekulaarfüüsika seadused ei saa mehaanika seadustele vähendada. Statistilises füüsika puhul kaalutakse betoonse molekulaarset mudelit ja sellele rakendatakse matemaatilisi meetodeid ja tõenäosusteooriat. Järelikult kasutatakse uurimiseks statistilist meetodit.


Statistiline meetod Tuginedes tõenäosuste teooria seaduste ja matemaatilise statistika seadustele.

Statistiline füüsika peab tasakaal -tingimus, kus makroskoopilised parameetrid aja jooksul ei muutu.

Statistilise füüsika meetodeid uuritakse näiteks difusiooni, soojusjuhtivuse, soojusvõimsuse - nähtuste, mis on täielikult määratud aine struktuuriga. Makroskoopilised protsessid organites, mis koosnevad suure hulga osakestest, uurides ka termodünaamikat.

Termodünaamika - füüsika osa õppimine ja interconversion erinevad liigid Energia, soojus ja töö.

Termodünaamika ei arvesta konkreetseid molekulaarseid mudeleid. Tuginedes kogenud andmete põhiseadused või algus termodünaamika on formuleeritud. Nende seaduste ja nende uurimise suhtes kohaldatakse konkreetse füüsiline nähtusseotud makroskoopiliste energia transformatsioonidega, st. Mitte individuaalsete aatomite ja molekulidega toimuvate protsesside puhul, vaid väga suure hulga osakestega kehast.

Seega on termodünaamika ja statistilise füüsika teema sama, ainult meetodid, mis üksteist vastastikku täiendavad.

Termodünaamika leiab termodünaamilised süsteemid. Süsteem helistage ruumi lõplikule alale sõlmitud füüsiliste objektide kombinatsioonile. Termodünaamiline süsteem Seda nimetatakse kombinatsiooniks makroskoopiliste organite ja väljade kombinatsiooni, mis vahetavad energiat ja ainet üksteisega ning väliskeskkonnaga. Süsteem võib koosneda ühest kehast. Süsteemi iseloomustavad märgid, näiteks rõhk, temperatuur, tihedus ja teiste arv, nimetatakse termodünaamiliste parameetrite või olekuparameetritena.See on tavaliselt valitud minimaalse arvu parameetrite arv, mis täielikult kirjeldavad süsteemi olekut.

Eristama ulatuslik Parameetrid, mille väärtused sõltuvad aine kogusest ja intensiivneparameetrid, mille väärtused on aine kogusest sõltumatu. Näide ulatusliku väärtuse on energia, intensiivne - tihedus, temperatuur. Tavaliselt näitavad ulatuslikud parameetrid suured tähedja intensiivne rida.

Kõigi termodünaamiliste parameetrite kombinatsioon seab süsteemi termodünaamilise seisundi. Oleku võrrand Seob minimaalse arvu termodünaamiliste parameetrite arvu, mis on vajalikud nii süsteemi oleku ja muude parameetrite kirjeldamiseks. Termodünaamiline meetod põhineb termodünaamilise süsteemi seisundi määramisel.

Statistilised ja termodünaamilised meetodid on tõhusad meetodid Kõikide süsteemide uurimine, mis koosnevad suure hulga osakestest ja mitte ainult molekulaarsüsteemidest. See tähendab, et need meetodid on nõuandev uurimismeetodid ja molekulaarfüüsika tegutseb ainult ühe nende kohaldamise valdkonnad.

Molekulaarfüüsika ja termodünaamika põhitõed

Statistilised ja T / D uurimismeetodid .

Molekulaarfüüsika ja termodünaamika - füüsika osad, kus uuritud asutuste makroskoopilisi protsesse, mis on seotud kehastes ja molekulides sisalduva tohutu arvu aatomitega.

Molecular füüsika See on füüsika osa, mis uurib ainete struktuuri ja omadusi, mis põhinevad nn molekulaarse kineetilistes esindustel. Nende ideede kohaselt:

1. Iga keha on tahke, vedelik või gaasiline koosneb suur number Väga väikesed isoleeritud osakesed molekulid.

2. Mis tahes aine molekulid on lõpmatu kaootilise liikumises (näiteks Brown-i liikumine).

3. Ideaalse ideaalse ideaali mudelit kasutatakse, mille kohaselt:

aga). Oma maht gaasimolekulide on tühine võrreldes laeva mahuga (hõrenemine).

b). Molekulide vahel ei ole koostoimejõudu.

sisse). Gaasimolekulide kokkupõrge omavaheliste ja laeva seintega on absoluutselt elastne.

4. Oste makroskoopilised omadused (rõhk, temperatuur jne) kirjeldatakse statistiliste meetodite abil, mille peamine mõiste on statistiline ansambel, st Paljude osakesi käitumist kirjeldatakse kogu ansambli keskmiste omaduste (keskmise kiiruse, energia) kaudu, mitte eraldi osakestele.

Termodünaamika, erinevalt molekulaarse kineetilisest teooriast uuritakse keha makroskoopilisi omadusi, mis ei ole huvitatud nende makroskoopilisest mustrist.

Termodünaamika - Füüsika osa, mis õpib makroskoopiliste süsteemide üldist omadust termodünaamilise tasakaalu ja nende riikide vaheliste üleminekuprotsesside seisundis.

Termodünaamika põhineb 3 põhiseadusel, mida nimetatakse termodünaamika päritolu, mis on kehtestatud suure koguse kogenud faktide üldistamise põhjal.

Molekulaarne kineetiline teooria ja termodünaamika üksteist üksteist üksteist täiendavad, moodustades ühe terviku, kuid erinevates uurimismeetodites erinevad.

Termodünaamiline süsteem on makroskoopiliste organite komplekt, mis suhtlevad ja vahetavad energiat nii üksteise kui ka teiste kehadega. Süsteemi olek on määratletud termodünaamiliste parameetritega - termodünaamilise süsteemi omaduste omaduste kogum füüsiliste koguste komplekt, tavaliselt temperatuuri, rõhu ja konkreetse mahu valimise seisundi parameetrid.

Temperatuur - füüsiline kogusMakroskoopilise süsteemi termodünaamilise tasakaalu seisundi iseloomustamine.

[T] \u003d k - termodünaamiline skaala, [t] \u003d ° C - Rahvusvaheline praktiline maht. Kommunikatsioon Termodünaamiline ja m / n Praktiline temperatuur: T \u003dt + 273, näiteks t \u003d 20 ° C t \u003d 293 K.

Eritusaldus on massi maht. Kui keha on ühtlaselt, st ρ \u003dcONST. , siis homogeense keha makroskoopilised omadused võivad iseloomustada keha mahtuV.

Molecular kineetiline teooria (m. K. T) Ideaalsed gaasid.

§1 Täiuslike gaaside seadus .

Molecular-kineetiline teooria kasutab idealiseeritud täiusliku gaasi mudelit.

Täiuslik gaas Seda nimetatakse gaasiks, mille molekulid ei vasta üksteisega kaugel ja neil on märkimisväärselt väikesed suurused.

Tõelistes gaasides on molekulidel vaheseisulise interaktsiooni jõud. agaH2, ta, o 2, n 2 n-ga. y (T \u003d 273K, p \u003d 1,01 · 105 PA) võib olla täiuslik gaasiks umbes.

Protsess, kus üks parameetritest (p, V, T, S ) jäävad konstantseks, mida nimetatakse isoprocessiks.

  1. Isotermiline protsess T \u003d const, m \u003d const , kirjeldatud boyle Mariotta seadus:

pV \u003d CONST

  1. Isobaricprotsessp \u003d CONST. Kirjeldab gay Loursak

V \u003d V 0 (1+ a t);

V \u003d V 0 a t

Humanise laienemise termiline koefitsientgrad -1.

  1. Isohoric protsess V \u003d miinused

Kirjeldab charles'i seadus

p \u003d P 0 (1+ a t);

p \u003d p 0 α t

Iseloomustab mahu sõltuvust temperatuurist.α võrdub suhtelise muutusega gaasi mahus, kui seda kuumutatakse 1 K-ga. Nagu kogemus näitab, sama kõigi gaaside puhul ja võrdsed.

4. MOL Ained. Avogadro arv. Avogadro seadus.

Aatomi mass ( ) keemiline element Nimetatakse selle elemendi aatomi massi suhet 1/12 süsiniku isotoobi aatomi massist 12-st

2.1. Molecular füüsika ja termodünaamika põhikontseptsioonid

Molecular füüsika - füüsika osa, kus aine füüsikalisi omadusi ja struktuuri uuritakse erinevates agregaatides, lähtudes nende mikroskoopilisel (molekulaarsel) struktuuril.

Aine struktuuri molekulaarne kineetiline struktuur - molekulaarfüüsika osa, milles organite omadusi uuritakse nende molekulaarse struktuuri esinduste põhjal.

Statistiline füüsika - molekulaarfüüsika jaotis, kus uuritud mitte-individuaalsete molekulide (osakeste) omadusi ja liikumist ja osakesi, mida iseloomustavad keskmised väärtused.

Termodünaamika - Teadus, kus füüsiliste süsteemide omadusi uuritakse nende mikroskoopilise struktuuriga.

Süsteem - peetavate organite kombinatsioon (eelkõige: molekulid, aatomid, osakesed).

Süsteemi oleku parameetrid:p-rõhk, V-maht, T-temperatuur.

a) intensiivsed parameetrid - Parameetrid (rõhk, temperatuur, kontsentratsioon jne), sõltumatu massüsteemist.

Temperatuur - makroskoopilise süsteemi termodünaamilise tasakaalu seisundi iseloomustav füüsiline kogus. Temperatuuri omadus on termilise vahetuse suunda määramine. Molekulaarse füüsika temperatuur määrab osakeste suuruse jaotuse piki energiatasandeid ja osakeste jaotust kiirustes.

Termodünaamiline temperatuuri skaala - temperatuuri skaala, määratud temperatuur ( absoluutne temperatuur), Kus on alati positiivne.

b) ulatuslikud parameetrid - Parameetrid (maht, sisemine energia, entroopia jne), mille väärtused on proportsionaalsed termodünaamilise süsteemi massiga või selle mahuga.

Energia sisemine energia - molekulide kaootilise liikumise täielik kineetiline energia, \\ t potentsiaalne energia nende interaktsioonid ja intramolekulaarne energia, s.t. Süsteemi energia, võtmata arvesse selle tervikuna (sõidu ajal) kineetilist energiat ja potentsiaalset energiat välises valdkonnas.

Sisenemise muutus, kui süsteem on üleminek riigist üles Samavõrd erinevus sisemise energia väärtuste nendes riikides ja ei sõltu tee süsteemi ülemineku ühest riigist teise.

Süsteemi oleku võrrand:

F (p, v, t) \u003d 0. (2.1)

Mitte-tasakaalustamissüsteemi staatus - See, kus mis tahes selle süsteemi staatuse parameetrid muudavad.

Tasakaalu süsteemi staatus - See, kus kõik süsteemi oleku parameetrid on teatud väärtused, konstantsete väliste tingimustega.

Lõõgastumisaeg - aeg, mille jooksul süsteem on tasakaalus olekusse.

Protsess - süsteemi üleminek ühest riigist teise riigiga, mis on seotud vähemalt ühe riigiparameetri muutusega:

a) pöörduv protsess - protsess, milles on võimalik läbi viia süsteemi vastupidine üleminek lõplikust algseisundile samade vahepealsete riikide kaudu, nii et ümbritsevas süsteemis ei ole muutusi;

b) pöördumatu protsess - protsess, milles on võimatu läbi viia süsteemi vastupidine üleminek esialgsele riigile või kui keskkonnas toimuva protsessi lõpus või süsteemis tehtava protsessi lõpus olid muudatused;

c) ringikujuline protsess (tsükkel) - Selline transformatsioonide järjestus, mille tulemusena naaseb süsteemi välja süsteemi, naaseb ta uuesti. Iga ümmargune protsess koosneb laienemisest ja tihendusprotsessidest. Laiendamisprotsessile on kaasas süsteemi tehtud töö ja tihendusprotsess on süsteemi poolt välja töötatud töö väliste jõudude poolt. Nende tööde vahe on võrdne selle tsükli toimimisega.

Dünaamilised mustrid -võrrandite süsteemide tähendamise mustrid (sh diferentsiaal-, lahutamatud jne), mis võimaldab iga esialgse seisundi ühe lahenduse olemasolu.

Statistilised mustrid- koguselised mustrid seatud statistilise meetodiga, milles kaalutakse ainult selle molekulide komplekti iseloomustavaid väärtuste keskmisi väärtusi (kaalutakse konkreetset molekulaarset mudelit ja sellele kohaldatakse matemaatilisi meetodeid, mis põhinevad tõenäosusteooria põhjal ).

Termodünaamilise tõenäosus - meetodite arv, mida makroskoopilise füüsilise süsteemi olekut saab rakendada (piirang, mille suhtes teatud sündmuse ilmumise suhteline sagedus, püüab piisavalt suured, püüdes lõpmatust muutumatute kogemuste korduste arvu korduste arvuga Välisedingimused):

w \u003d N / N, (2.2)

kus n on katsete arv;

n - teatud sündmus saadakse mitu korda.

Kõikumised- füüsilise koguse juhuslikud kõrvalekalded nende keskmisest väärtusest.

Molekul - väikseim osa aine valduses oleva aine keemilised omadused ja mis koosneb aatomitest, mis on omavahel seotud keemiliste sidemetega.

Aatom - Osa mikroskoopilise suurusega aine (mikroosakeste), kemikaali elemendi väikseim osakese osa, millel on selle omadused. Erinevate kombinatsioonide aatomid on osa erinevate ainete molekulidest.

Suhteline aatomi mass - selle aatomi massi suhe 1/12 süsiniku isotoobi mass massinumbri 12 (12 s).

Suhteline molekulmass - selle molekuli massi suhe 1/12 aatomi massile 12 C.

Sünnimärk - osakeste arvu sisaldava aine kogus (aatomid, molekulid ja muud osakesed), \\ t võrdne arv Aatomid 0,012 kg süsiniku isotoobi 12-ga.

Avogadro arv - aatomite arv või molekulide arv mis tahes aine mooli: N a \u003d 6,02 ° 10 23 mol -1.

Molaarmass - ühe palvetamise koguses võetud aine mass:

 \u003d m 0 N A. (2.3)

2.2. Molecular-kineetilise teooria peamised ideed ja seadused

Täiuslik gaas. - teoreetiline mudel gaasi, kus oma osakeste koostoimet ei võeta arvesse (keskmine kineetiline osakeste energia on palju suurem kui energia omavahel seotud). Ideaalsete gaasimolekulide mõõtmed on väikesed võrreldes nende vahemaadega. Selliste gaasimolekulide kogumaht on väike võrreldes laeva mahuga. Molekulide vahelised koostoimed on nii väikesed, et molekulide liikumine kokkupõrkest enne kokkupõrget tekib sirgjoonelistes segmentides. Molekulide igakuiste kokkupõrkete arv on suur.

Täiusliku gaasi molekulaarse kineetilise teooria peamised sätted:

1) gaas koosneb väiksematest osakestest - aatomite või molekulide pideva liikumise;

2) mis tahes, isegi väga väikeses mahus, mille suhtes kohaldatakse molekulaarse kineetilise teooria järeldusi, on molekulide arv väga suur;

3) molekulide mõõtmed on väikesed võrreldes nende vahemaadega;

4) Gaasimolekulid liiguvad vabalt kahe järjestikuse koostoime vahel üksteisega või anuma seintega, kus see asub. Molekulide vahelise koostoime jõud, välja arvatud kokkupõrrad, on tühised. Molekulide kokkupõrge tekivad ilma mehaanilise energia kaotuseta, st Absoluutselt elastse koostoime seaduse kohaselt;

5) väliste jõudude puudumisel jaotatakse gaasimolekul võrdselt kogu mahus;

Gaaside molekulaarse kineetilise teooria peamine võrrand:

kus
- keskmises ruutikiirus.

Gaaside molekulaarse kineetilise teooria peamine võrrand rõhutamiseks:

,
, (2.5)

kus n 0 \u003d N "/ V on molekulide arv ühiku mahuühiku kohta;

- gaasimolekulide järkjärgulise liikumise keskmine kineetiline energia;

k - Boltzmanni pidev.

Avogadro tegu: Samades kogustes samadel temperatuuridel ja survetel sisalduvad samad molekulid.

Daltoni tegu: Gaaside segu rõhk on võrdne osalise surve kogusega, st Nende survete pressimisest oli üks pressimine, mida iga segus sisalduvad gaasid, kui segu hõivatud mahus:

Ideaalsete gaaside seisundi võrrandi meelevaldse massi jaoksm. (Mendeleva-Klapalarone Võrrand):

, (2.7)

kus R on gaasi konstantne, mis on numbriliselt võrdne ühe palvetava gaasi laienemise toimimisega, kui seda kuumutatakse ühe kraadi võrra konstantsel rõhul;

T - absoluutne temperatuur.

Vabaduse kraadii - Sõltumatute koordinaatide arv täielik kirjeldus Süsteemi positsioonid kosmoses. Kõik vabaduse kraadi on võrdsed.

Vabaduse kraadi koguarv

(2.8)

kus - progressiivse liikumise vabaduse kraadi arv;

- rotatsiooni- liikumisvabaduse kraadi arv;

- võidevabaduse kraadi arv;

i kp on järkjärkduva liikumise punkti ostuvabaduse kraadi arv;

ma suhtun - pöörlemisvaldkonna võnkuvabaduse kraadi arv.

Gaasimolekulidel on vabaduse kraadi arv:

a) ühe atatomic - i \u003d 3 (kolme kraadi translatsioonivabadust);

b) ductoman elastse side aatomite vahel - i \u003d 6;

c) ducmotic, millel on aatomite vahel jäiga ühendus - i \u003d 5;

d) kolmekordne molekul aatomite vahel jäiga seos - I \u003d 6.

Teoreem energia ühtlase jaotuse kohta vabaduse kraadides: Igasugune vabadus määrab keskmiselt sama energia võrdne
ja molekulil, millel on vabaduse kraadi, on energia

(2.9)

kus i \u003d i n + i bp + i k.

Suvalise gaasi massi sisemine energiam. See moodustab üksikute molekulide energiat:

, (2.10)

kus  - molaarmass Gaas.

Soojusmahtuvus - Füüsiline väärtus on arvukalt võrdne soojuse kogusega, mis tuleb ainele kuumutada ühe kraadi külge.

Spetsiifiline soojusc." - Füüsiline kogus on arvuliselt võrdne soojuse kogusega, mis peab sisaldama aine massiühikut selle üheks kraadiks.

MolaarküteC." - füüsiline väärtus, mis on arvukalt võrdne soojuse kogusega, mis tuleb esitada ühele palvetavale ainele, et suurendada selle temperatuuri aste kohta:

. (2.11)

Konkreetse võimsusega konstantse mahuga "c. v. " - füüsiline väärtus, mis on arvuliselt võrdne soojuse kogusega, mis peab sisaldama aine massiühikut selle kütmiseks ühe kraadi kütmiseks konstantse mahu tingimustes:

(2.12)

Konkreetse soojuse püsiva rõhu "c. p. " - Füüsiline väärtus on arvuliselt võrdne soojuse kogusega, mida tuleb teavitada aine massiühikust ühe kraadi kütmiseks konstantse rõhu all:

. (2.13)

Molari soojusvõimsus konstantsel mahus "C. v. " - Füüsiline väärtus on arvuliselt võrdne soojuse kogusega, mis tuleb esitada ühele palvetamisele, et suurendada selle temperatuuri ühe kraadi võrra konstantse mahu tingimustes:

.
. (2.14)

Molari soojusvõimsus konstantsel rõhul "C. p. " - Füüsiline kogus, mis on numbriliselt võrdne soojuse kogusega, mis tuleb esitada aine palvetamisele, et suurendada selle temperatuuri ühe kraadi võrra konstantsete rõhu tingimustes:

,
. (2.15)

Molaarse ja spetsiifilise soojusvõimsuse suhe:

Molekulide keskmine kveeratiivne kiirus (gaasi puhul jääb mass "m", mis on tasakaalus olekus, kusjuures T \u003d CONST) on endiselt püsiv:

või
, (2.17)

kus n i on molekulide arv kiirusega V i;

N - kõigi molekulide arv.

Kõige tõenäolisem kiirus - Molekulide liikumise kiirus, mis iseloomustab maxwelli jaotusfunktsiooni maksimaalse positsiooni:

(2.18)

Keskmine aritmeetiline kiirus

(2.19)

Suhteline kiirus Seda kasutatakse arvutamiseks Molekulide arvu, mis liiguvad kiirustega V-st V-s + DV-st:

u \u003d V / V. (2.20)

Ideaalse gaasi molekulide jaotuse seadus statsionaarsetes riikides (Maxwelli jaotus):

(2.21)

kui DN V on keskmine molekulide arv mahuühiku kohta, mille hinnad on vahemikus V kuni V + DV;

n on molekulide arv ühiku mahu kohta.

Jaotusfunktsioon (molekulide osakaal nende koguarvust on seotud teatud kiiruse intervalliga):

või
, (2.22)

kus DN V / NDV on jaotusfunktsioon.

Tasuta molekulid - kahe järjestikuse kokkupõrke vahelise molekuli vahelise trajektoori sirgjoonelised piirkonnad.

Molekuli keskmine pikkus - kahe kokkupõrke vahelise molekuli keskmine vahemaa:

(2.23)

kus z on kokkupõrkete arv;

v - molekuli keskmine kiirus;

k - pidev boltzmann;

D - molekuli läbimõõt;

p-rõhk;

T - absoluutne temperatuur.

Keskmine kokkupõrkete arv - molekulide kokkupõrkete arv , arvuliselt võrdne keskmiste molekulide suhtega Vaba käivitamise keskmise pikkusega:

, (2.24)

Molekuli tõhus läbimõõtd on minimaalne kaugus, millele 2 molekuli keskused on suletud.

Tõhus ristlõige - suurus on võrdne

 \u003d D 2. (2.25)

Baromeetriline valemnäitab, et rõhu väheneb kiiremini kõrgusega kui raskem gaas ja madalam selle temperatuur:

(2.26)

Gaasimolekulide jaotuse seadus tugevuse valdkonnas kõrgusel (Boltzmanni jaotus):

kui N O on molekulide arv ühiku mahu kohta koha kohta, kus molekulide potentsiaalne energia on null;

n on molekulide arv mahuühikus nendes ruumides, kus molekulide potentsiaalne energia on võrdne W p-ga.

Maxwell-Boltzmann Jaotus - Selle jaotuse tõttu on võimalik määrata ideaalse gaasi molekulide osakaal, millel on kiirus V-st V-st + DV-le ja potentsiaaliga  \u003d GH välises toiteväljal:

, (2.28)

kus V on kõige tõenäolisem kiirus, mille väärtus vastab Maxwelli maksimaalsele kõverale.

Gaasi tiheduse sõltuvus kõrgusest:

kus M O on ühe molekuli mass.

2.3. Termodünaamika peamised sätted ja seadused

Termodünaamika esimene peal - energia säilitamise ja muutmise seadus, millega kaasnevad termodünaamilised protsessid - süsteemile tarnitud soojuse hulk läheb selle sisemise energia muutusele ja süsteemi poolt väliste jõudude vastu toodud tööle: \\ t

, (2.30)

kus du on süsteemi sisemise energia muutus;

Q - süsteemile kaasasoleva soojuse elementaarne kogus;

a - süsteemi poolt tehtud elementaarne töö.

Isotermiline protsess - protsess voolab konstantse temperatuuri juures (t \u003d const). Isotermilise protsessi puhul läheb süsteemi soojus selle töö süsteemi täitmiseks.
, koos du \u003d c v dt \u003d 0,

a U \u003d \u003d CONST.

m. Ideaalne gaas isotermilise protsessiga:

. (2.31)

Isobaric protsess - protsess, mis voolab konstantsel rõhul (p \u003d const). Samal ajal põhineb süsteemi soojus põhineb oma sisemise energia muutusel ja selle töö süsteemi teostamiseks:

Töördumine suvalise massi järgi m.

. (2.33)

Suvalise massi sisemise energia muutmine m. Ideaalne gaas isobaritootmisprotsessis:

. (2.34)

Isohoric protsess - protsess voolab konstantse mahus (V \u003d CONSC). Sellisel juhul läheb kogu süsteemile kaasasolev soojus muutma oma sisemist energiat:

,
(2.35)

Adiabaatiline protsess - Protsess voolab ilma soojusvahetuseta või peaaegu ilma soojusvahetusega keskkonda. Samal ajal saab süsteemi läbi viia ainult selle sisemise energia kadumise tõttu:

,
. (2.36)

ADIAATILISTE protsessi võrrandid (Poissoni võrrandi):


;
. (2.37)

Töördumine suvalise massi järgi m. Ideaalne gaas adiabaatilise laiendamisega:

. (2.38)

Polütroopiline protsess - Selline protsess, milles p ja V seostatakse seoses:

, (2.39)

kui n on polütroopiline indikaator, mis võtab mingeid väärtusi -  kuni + . Eelkõige isobaric protsessi n \u003d 0, isotermiline - n \u003d 1, adiabatic - n \u003d  isokoor - n \u003d .

Töördumine suvalise massi järgi m. Täiuslik gaas polütroopilises protsessis:

(2.40)

Töö täiusliku gaasi abil ümmarguse protsessiga võrdne laienduse erinevusega 1 ja gaasi 2 tihendamise erinevustega ning mis vastab süsteemile, kui Q 1 laiendamine ja kompressiooni tühjenemine Q 2 :

Ümmarguse protsessi tõhusus (tsükkel) -füüsiline väärtus, mis on võrdne tsükli tsükli suhtega tööle tööle, mida saaks läbi viia, kui sellesse üle kantud kogu soojus transformeeriti sellesse:

(2.42)

Carno tsükkel - tsükkel, mis koosneb kahest isotermilisest ja kahest adiabaatilisest protsessist.

Töördumine suvalise massi järgi m. Ideaalne gaas Carno tsüklis, - erinevus süsteemi poolt läbi viidud töö laienemise ajal ja süsteemis tehtud töö oma tihendamise ajal:

. (2.43)

Carno tsükli tõhusus See ei sõltu aine olemusest ja sõltub ainult temperatuuridest, milles soojus on esitatud ja valitakse selle hulgast:

. (2.44)

Külmiku tõhususe koefitsient (külmkapp):

(2.45)

Tsükli Otto Koosneb kahest adiabatist ja kahest isokorist.

Diiseltsükkel Koosneb kahest adiabatist, isochorast ja isobarist.

Entropia - Füüsiline väärtus, mille elementaarne muutus, mis süsteemi ühest olekust teise võrdub saadud või antud kuumusega, mis on jagatud selle protsessi temperatuuriga:

. (2.46)

Süsteemi entropia ühendamine termodünaamilise tõenäosusega (Boltzmanni suhe):

S \u003d Kln W, (2.47)

kus K on Boltzmanni konstantne.

üleminek ühest riigist teise

. (2.48)

Muuta süsteemi entropiat Üleminek ühest riigist teise:

Muuta süsteemi entropiat isotermiline protsess:

. (2.50)

Muuta süsteemi entropiat isobariline protsess:

Muuta süsteemi entropiat isohoric protsess:

. (2.52)

Muuta süsteemi entropiat adiabaatiline protsess:

S \u003d 0,
. (2.53)

Carno tsükli entroopia muutmine:

, (2.54)

kus s P on töövedeliku entroopia muutus;

s n, s x - muutus kütteseadme ja külmkapi entropis;

S PR on muutus "Tarbija tarbija" entroopia muutus.

Karno pöördumise tsükli korral Suletud süsteemi entropia ei muutu:

S ARR \u003d 0 või S ARR \u003d CONST. (2,55)

Karno pöördumatu tsükli puhul Suletud süsteemi entroopia suureneb:

s  0;
;
. (2.56)

Suletud süsteemis esinevate suvaliste protsesside puhul, \\ t Entropia süsteemi mis tahes protsesside esinevate selles ei saa väheneda:

s  0 või
, (2.57)

kui võrdsuse märk kehtib pöörduvate protsesside jaoks ja ebavõrdsuse märk on pöördumatu.

Termodünaamika teine \u200b\u200balgus: Isoleeritud süsteemis ainult selliseid protsesse, kus süsteemi entroopia suureneb või on protsess võimatu, ainus tulemus, mille tulemus on kütteseadmest saadud kuumutusse muundamine:

Termodünaamilised potentsiaalid - Teatud VOhu V, Rõhu P, temperatuuri t, entroopia S, süsteemi n ja teiste makroskoopiliste parameetrite osakeste arv x, iseloomustav termodünaamilise süsteemi seisund:

a) sisemine energia - süsteemi energia, sõltuvalt selle sisemisest riigist. See on ühemõtteline funktsioon sõltumatute muutujate, mis määravad selle riigi, näiteks temperatuur t ja maht V (või rõhul p):

U \u003d U (S, V, N, X). (2,59)

Muuda sisemist energiasüsteemi U. Ainult alg- ja lõppeesmärkides olevate väärtuste abil:

. (2.60)

b) entalpia (soojus sisaldav) iseloomustab makroskoopilise süsteemi seisundit termodünaamilise tasakaalu valimisel, kui valides peamised iseseisvad muutujad Entropia S ja rõhk P:

H \u003d H (S, P, N, X). (2.61)

Entalpy süsteem võrdne selle osade entalpiase komponentide summaga.

Side Intralpiase sisemise energiaga U. Süsteemid:

, (2.62)

kus V on süsteemi maht.

Täielik diferentsiaalne entalpia (ilma muutmata N. ja x. ) Tundub

. (2.63)

Süsteemi entalpia suhtlemine süsteemi konstantsel rõhul (konstantsel rõhul):

;
; C P \u003d (DH / DT). (2,64)

Muuda entalpiat (H.) Samamoodi, soojuse kogus, mis on teatatud süsteemile või eemaldatakse sellest konstantsel rõhul, nii et H väärtused iseloomustavad faaside üleminekute termilist toimet (sulamistemperatuur, keetmine jne), \\ t keemilised reaktsioonid ja muud protsesside pidev surve.

c) vaba energia - üks isokloro-isotermilise termodünaamilise potentsiaali või energia energia nimed. Esindab seda süsteemi sisemise energia osa, mis muutub väliseks tööks pöörduvate isotermiliste protsesside f \u003d f (V, t, N, X) puhul:

kus TS on seotud energia.

Seotud energia kujutab endast sisemise energia osa, mida ei saa edastada isotermilise protsessina:

TS \u003d U - F. (2.66)

Vaba energia muutmine (vähendamine) pöördumatute isotermiliste protsessidega Määrab suurima väärtuse töö, mida süsteem saab teha:

;
. (2.67)

d) Gibbs energia - isobaro-isotermiline potentsiaalne potentsiaal, vaba entalpia, termodünaamilise süsteemi iseloomulik funktsioon sõltumatute parameetritega P, T ja N-G. isotermiliselt tasakaalu protsessis konstantsel rõhul, süsteemi Gibbside energia on võrdne täitmisega Süsteemi mahaarvamisega välise rõhu vastu (t. e. võrdne kasuliku töö maksimaalse väärtusega):

G \u003d g (p, t, n, x);
. (2.68)

Gibbs energiaühendus vaba energia:

. (2.69)

e) Keemiline potentsiaal - füüsiline väärtus võrdne Gibbs energiaga eraldi võetud osakesi.

Kolmas põhimõte termodünaamika (Nernsto Theorem): Süsteemi entroopia muutus (s) mis tahes pöörduvate isotermiliste protsessidega, mis viidi läbi kahe tasakaalu vahel temperatuuridel, mis lähenevad absoluutsele nullile nullini. Termodünaamiliste protsesside järjestuse abil ei saa temperatuuri saavutada võrdne absoluutse nulliga:

. (2.70)

Thermodynamics notequilibrium protsesside - notekteerimata protsesside makroskoopilise kirjelduse üldine teooria. Puudulike protsesside termodünaamika peamine probleem on nende protsesside kvantitatiivne uuring riikidele, kes ei erine tasakaaluosast.

Massikaitseseadus:

, (2.71)

kus  on mitmekomponendi süsteemi tihedus;

v. - hüdrodünaamiline kiirus (keskmine massiülekande määr), sõltuvalt koordinaatidest ja ajast;

∙ v. - massivool.

Massi säilitamise seadus, et keskenduda mis tahes komponendi koondamiseks
:

, (2.72)

kus C K on komponendi kontsentratsioon;

 K on komponendi tihedus;

 - keskmise tihedus;

J K \u003d  K (V K-V) - difusioonivoog;

v K - Hüdrodünaamiline kiirus (keskmine massiülekande määr) komponent.

Impulsi kaitseseadus:elementaarne mahu pulssi muutus võib tekkida sisemise stressi gradiendi põhjustatud jõudude tõttu keskmises p ,  ja väliste jõudude tõttu F. k.

Energiasäästuõigus See on termodünaamika esimene algus puugiliibi protsesside termodünaamikas.

Entropy tasakaalu võrrand: Puuduvate protsesside termodünaamikas eeldatakse, et elementaarse mahu entroopia on sama funktsioon sisemise energia, konkreetse mahu ja kontsentratsiooni tõttu, nagu täies tasakaalus olekus:

, (2.73)

kus  on suurendamise määr entroopia;

 - aine tihedus;

s on elementaarse mahu (kohaliku entropia) entroopia;

J s - entroopivoo tihedus.

2.4. Reaalsed gaasid. Faasi tasakaal ja ümberkujundamine

Tõeline gaas. - gaas, mille omadused sõltuvad osakeste ja nende mahu interaktsioonist, mis on eriti avaldatud kõrgel rõhkudel ja madalatel temperatuuridel.

Real Gase'i riigi võrrand (van der Waalsi võrrandid) meelevaldse gaasimassi jaoks:

, (2.74)

kui "A" on muudatusettepanek van der Waalsi vahelise koostoimejõudude mõju (siserõhu puhul) mõju kohta;

"B" - Muudatusettepanek van der Waalsi omamahulisi molekule;

μ on gaasi molekulmass;

m - gaasi mass.

Tõelise gaasi sisemine energia See koosneb molekulide progressiivse ja pöörleva liikumise kineetilisest energiast ja nende interaktsiooni potentsiaalsest energiast e lk.

Tõelise gaasimolekulide poole interaktsiooni potentsiaalne energia on negatiivne märk, sest Molekulaarne jõud, mis loovad sisemise rõhu P "on atraktsioonjõud:

. (2.75)

Muuta tõelise gaasi potentsiaalset energiat (palvetamiseks) Samamoodi toimige töö, mida sisemine rõhk P teostab, kui gaasi laienemine V 1 kuni V 2 mahust:

. (2.76)

Reaalsete gaasimolekulide kineetiline energia (palvetamiseks) Teoreemi sõnul on energia võrdse jaotuse võrdse jaotuse vabaduse kraadides (mõnel ligikaudses):

. (2.77)

Üks tõelise gaasi palvetamise sisemine energia:

. (2.78)

Tegeliku gaasi temperatuuri muutmine adiabaatilise laienemise ajal (gaasijahutusega) või kokkusurumise ajal (gaasi soojendamisega):

. (2.79)

Joule - Thomson Effect - reaalse gaasi temperatuuri muutus poorse partitsiooni kaudu laiendamisel. Kui gaas jahutatakse laienemise ajal, nimetatakse Joule-Thomsoni efekti positiivseks, kui ta on kuumutatud - negatiivne.

Faas - tasakaal (termodünaamikas) aine olek, mis erineb sama aine teiste võimalike tasakaaluriikide füüsikalistes omadustes.

Faaside muutused - Üleminek aine ühest faasist teise, mis on seotud kvalitatiivsete muutustega aine omaduste muutmisel väliste tingimuste muutmisel.

Faasi tasakaal - termodünaamiliselt tasakaalusfaaside samaaegne olemasolu mitmefaasilises süsteemis.

Gibbs faasi reegel: Aines, mis koosneb n komponentidest, võib samal ajal olla rohkem kui (n + 2) tasakaalufaasid.

Süsteemi füüsiliste parameetrite arv, mida saab muuta ilma faasi tasakaalu häirimata:

L \u003d N + 2 - , (2.80)

kus  on tasakaalus olevate faaside arv.

Klapapone Clausia võrrandi Määrab faasi ülemineku temperatuuri muutuse lõputult väikese rõhu muutus:

;
;
, (2.81)

kus Q on faasi ülemineku soojus;

T - üleminekutemperatuur;

dP / DT - surve derivaat temperatuuril;

dT / DP pärineb rõhu temperatuurist;

(V 2 - V 1) - Aine mahu muutus esimesest etapist teise.

Metastabiilsus - füüsilise makroskoopilise süsteemi ebastabiilse tasakaalu seisund (faas). Selles riigis võib süsteem olla pikka aega ilma stabiilsema (nende tingimuste kohaselt) tingimus (faas).

Faasi tasakaalu liinid (pinnad) - kaardid, mis kujutavad mõnede termodünaamiliste muutujate sõltuvust teistest faasi tasakaalu all.

Riigi graafikud - tasakaalustusfaaside liinide (pindade) kombinatsioon.

Kolmekordne punkt -Ühe rea (pinna) ristumiskohad tasakaalufaaside teisele.

Kriitiline punkt - Aine kriitilisele olukorrale vastava staatuse diagrammile. Aine olukorda kriitilises punktis iseloomustavad kriitilised temperatuurid t K, rõhk P K ja maht V K.

Kriitiline punkt kahefaasilise tasakaalu puhul - faasi tasakaalu joone (pinna) lõpp-punkt.

Üleminekupunkt - temperatuuri, rõhu või muu väärtuse väärtus, mille juures esineb faasi üleminek.

Esimese liiki faasi üleminek Seda iseloomustab asjaolu, et selle rakendamise ajal imenduvad või teatud kogus soojust eristatakse, mida nimetatakse faasi ülemineku soojuseks. Selliste termodünaamiliste väärtuste väärtus, kui tihedus, komponentide kontsentratsioon, muudab hüpata.

Teistsugune faasi üleminek - Selline üleminek, milles üleminekupunkti ühel küljel oleva nulliga võrdne füüsiline väärtus on järk-järgult kasvav, kui üleminek eemaldatakse punktist teisele poole, samas kui aine tihedus muutub pidevalt ja ei võta imendumist või Soojus vabanemine.

2.5. Kinetic Fenomena (ülekandenähtuste)

Kinetic Fenomena (ülekandenähtuste) - pöördumatute protsesside, millega kaasneb mis tahes füüsilise koguse ülekandmine, mis tuleneb mis tahes süsteemi ülemineku üleminekust notekteerimata riigi tasakaalustuvasse.

Kineetilised nähtused molekulaarses füüsikas - viskoossus, termiline juhtivus, difusioon.

Viskoossus (sisemine hõõrdumine) - üleandmise nähtus, mille tulemusena viiakse üle molekulide liikumise (impulsi) ühest gaasikihi või vedeliku teisest kihist.

Vedeliku või gaasi sisemine hõõrdejõud määratakse Newtoni valemiga:

, (2.82)

kus  on viskoossuse koefitsient;

S - vedeliku või gaasi kihtide kontaktandmete ala;

dV / DZ on vedeliku või gaasi voolukiiruse gradient voolusuunaga risti asendis;

Dünaamiline viskoossuse koefitsient - füüsiline kogus, arvuliselt võrdne sisemine hõõrdumine Kahe vedeliku või gaasi ühekordse piirkonna kihi vahel kiiruse gradiendile, mis on võrdne ühega:

või
, (2.83)

kus n 0 on molekulide arv ühiku mahuühiku kohta;

u - molekulide termilise liikumise keskmine kiirus;

m - molekuli kaal;

 - molekulide vaba läbisõit keskmine pikkus;

 \u003d n 0 ∙ m on vedeliku või gaasi tihedus.

Cinematic viskoossuse koefitsient - dünaamilise viskoossuse suhe aine tihedusele:

ν \u003d η / ρ. (2.84)

Difusioon - välismaise aine molekulide (aatomite) vastastikuse läbitungimise protsess nende termilise liikumise tõttu. Diffusiooniga kaasneb alati aine massi ülekandmine. See on iseloomulik gaasidele, vedelikele ja tahketele ainetele.

Isefusia - vastastikuse läbitungimise protsess oma molekulid (aatomid) nende termilise liikumise põhjustatud.

Difusiooniõigus (esimene seadus FIC) :

, (2.85)

kus D on difusioonikoefitsient;

dC / DZ on vahetuskurss (gradient) kontsentratsiooni Z suunas;

"Miinus" - näitab, et mass viiakse üle selle komponendi kontsentratsiooni vähenemise suunas.

Difusiooni koefitsient - Füüsiline väärtus on numbriline võrdne kaasaskantava aine massiga seadme platvormi kaudu ajaühiku kohta kontsentratsiooni gradiendi all, mis võrdub ühega:

, (2.86)

kus - molekulide keskmine aritmeetiline kiirus;

<> - molekulide vaba läbisõit keskmine pikkus.

Soojusjuhtivus - energia ülekandmise protsess kontaktandmete või sama keha kahe pinna vahel, mis tulenevad temperatuuri erinevusest.

Termilise juhtivuse seadus (Fourieri seadus) - soojuse DQ summa DS platvormi kaudu DT:

, (2.87)

kus æ on termilise juhtivuse koefitsient;

dT / DZ on temperatuuri muutmise kiirus (gradient) z suunas.

Termilise juhtivuse koefitsient - füüsiline väärtus, mis näitab, kui palju soojust viiakse läbi ühe platvormi ühe ajaühiku ühe temperatuuri gradiendiga, mis võrdub ühega:

, (2.88)

kus C V on konstantse mahuga spetsiifiline soojusvõimsus.

Soojusvool - füüsiline väärtus, mis näitab, kui palju soojust viiakse ajaühiku kohta DS-ala DS-ala DS / DZ temperatuuri gradiendi all:


. (2.89)

Suhtlemine soojusjuhtivuse, difusiooni ja viskoossuse koefitsientide vahel:

;  \u003d d;
. (2.90)

Teema 8. Fenomenoloogilised termodünaamika

Termodünaamika Õpi molekulide termilise liikumise tõttu energia muundamise kvantitatiivseid mustreid. Termodünaamika alus on kaks põhiõigusakti, mis on inimtegevuse sajandite vananemise üldistus ja mida nimetatakse termodünaamika päritoluks. Esimene algus kirjeldab energia ümberkujundamise protsesside kvantitatiivset ja kvalitatiivset külge; Teine algus võimaldab hinnata nende protsesside suunda.

Termodünaamiline süsteem - makroskoopiline keha (või TEL), mis on iseloomulik protsesse, millele on lisatud soojuse üleminekuga muud liiki energiat. Termodünaamilise süsteemi näide võib olla kolvi all oleva silindri ümbritsetud gaas.

Termodünaamilise süsteemi seisund määrab üheselt kolme parameetriga: rõhk, temperatuur ja mahtkutsus olekuparameetrid.

Tasakaalu seisundtermodünaamiline süsteem (või termodünaamilise tasakaalu seisund) on riik, kus riigi parameetrid jäävad pideva väliste tingimustega pikka aega muutumatuks meelevaldselt. Staatuse graafiku tasakaalu olekut kirjeldab punkti.

Siiski juhtub, et süsteemi staatust ei saa määrata parameetri ühe väärtusega, näiteks: mitte-ühtse kuumutatud keha ei saa määrata ühe temperatuuri väärtusega. Süsteemi riigid, mida ei saa iseloomustada parameetri konkreetses väärtuses, on mitte-tasakaalulised. Mitte ükski tasakaal - tingimus, milles termodünaamilised parameetrid erinevates punktides erinevad.

Statsionaarne riik Termodünaamiline süsteem on riik, kus süsteemi olek parameetrid jäävad pidevalt ja süsteemi kõigis osades konstantsena.

Termodünaamiline protsess - süsteemi staatuse muutmine. Tasakaalu protsessi graafilist pilti nimetatakse olekudiagrammile.

Võrdne protsess - protsessi, mis koosneb pidevast tasakaalusriikide järjestusest. Tasakaal võib olla ainult lõputult aeglane pöörduv protsess. Protsessid, mis ei vasta nendele nõuetele - noveraadi. Graafiliselt saate kujutada ainult tasakaaluprotsesse - protsesse, mis koosnevad tasakaaluriikide järjestusest.

Kõik tegelikud protsessid ei ole tasakaalustused (nad jätkavad lõpliku kiirusega), kuid mõnel juhul saab reaalsete protsesside mitte-tasakaalu tähelepanuta jätta (protsessi aeglasem, seda enam tasakaalu lähemal). Tulevikus loetakse vaatlusalune protsessid tasakaaluks.

Sisemine energia Termodünaamilist süsteemi nimetatakse kõigi energialiikide kombinatsiooniks, millest see on, miinus selle terviku translatsiooni liikumise energia ja süsteemi potentsiaalne energia välises valdkonnas. Sisemise energia all U. Termodünaamikas me mõistame süsteemi moodustavate osakeste termilise liikumise energiat ja nende vastastikuse positsiooni potentsiaalset energiat.

Jaoks perfect Gaza Molekulide interaktsiooni võimalikku energiat peetakse nulliks. Seetõttu sisemine energia ühe mooli täiusliku gaasi võrdub:

Alates valemist (1) näeme, et täiusliku gaasi sisemine energia on proportsionaalne absoluutse temperatuuriga.

Sisemine energia on järgmised omadused:

- termilise tasakaalu osariigis liigub süsteemi osakese nii, et nende koguenergia oleks kogu aeg võrdne sisemise energiaga;

- sisemine energia - lisandi suurus, st Kehaste süsteemi sisemine energia on võrdne keha moodustuva süsteemi sisemiste energiate summaga;

- süsteemi sisemine ahery on oma riigi ühemõtteline funktsioon, st Iga süsteemi olek on omane ainult üks energiaväärtus; See tähendab, et ülemineku üleminekul sisemise energia muutus ühest riigist teise ei sõltu üleminekuteedest. Väärtus, mille suurus ei sõltu üleminekutee, termodünaamika nimetatakse olekufunktsioon:

DU \u003d U 2 -U 1 ei sõltu protsessi tüübist.

Või Kui U 2 ja U 1 on sisemise energia väärtused tingimustes 1 ja 2. Siin du on täielik diferentsiaal.

Süsteemi sisemise energia muutmine võib toimuda, kui:

- süsteem saab väljastpoolt või annab mõnele kujul ümbritsevatele organitele energiat;

- Süsteem teeb tööd selle vastu tegutseva välisjõudude vastu.

Termodünaamika esimene peal Väljendab energia säilitamise seadust nende makroskoopiliste nähtuste jaoks, kus üks olulistest parameetritest, mis määravad organite seisund, on temperatuur.

Süsteemi poolt selle seisundi muutmise protsessis teatatud soojus kulub selle sisemise energia muutustele ja töötada välja väliste jõudude vastu.

Q \u003d du. + AGA(1)

Sageli on vaja katkestada kõnealuse protsessi mitmete elementaarsete protsesside kohta, millest igaüks vastab väga väikesetele muutustele süsteemiparameetrites. Me kirjutame elementaarse protsessi võrrandi (1) diferentsiaalivormis: dq \u003d du + da, (2)

kus dušš - väikese energia muutus; d.Q on soojuse elementaarne kogus; d.A - Elementaarne töö.

Võrranditest (1) ja (2) võib näha, et kui protsess on ümmargune, s.t. Selle tulemusena naaseb süsteem oma algsele riigile, Dušš \u003d 0 ja seetõttu Q \u003d a. Ümmarguses protsessis läheb kõik süsteemi poolt saadud soojus välise töö tootmisele.

Kui a U 1 \u003d U 2 ja Q \u003d a, et A \u003d O. See tähendab et protsess on võimatu, mille ainus tulemus on töö tootmine ilma muude organite muutusteta, \\ t need. võimatu perpetuum Mobile(Igavene mootor) esimene.

Kaaluge gaasi laiendamise protsessi. Oletame silindrilises anumas, gaasi lisatakse liikuva kolviga (Fig.39.1). Oletame gaasi laieneb. See liigutab kolvi ja teostab selle tööd. Madala nihkega dx Gaas töötab da \u003d F dx, Kus F.-Süül, kellega gaas toimib kolbil, r - Gaasirõhk sissetee algus dX. Seega, dQ \u003d PSDX \u003d PDV, Kus dV - Väike gaasi mahu muutus. Lõplikus muutustega tehtud töö tuleb arvutada integreerides. Täielik laienemise töö: .

Graafikul (P, V), töö on võrdne kahe punktiga piiratud joonise pindalaga ja funktsiooni P (V) (joonis 39,2).

Oletame, et süsteem liigub ühest riigilt teisele, täites tööd laienemise kohta, kuid kaks erinevat viisi I ja II: P 1 (V) ja P 2 (V):

Ma olen arvuliselt võrdne joonise piirkonnaga, piiratud kõvera I ja II piirkonnaga - piiratud kõvera ala, piiratud kõvera ala: i nr AI.

Arvestades ekspressiooni (4), saab termodünaamika esimese alguse võrrandit kirjutada järgmiselt:

dQ \u003d du + PDV.

Keha soojusvõimsus (keha) nimetatakse füüsilise väärtuse võrdseks soojuse koguse suhtega dQ.Te peate kulutama aega kehade süsteemi (keha) soojendamiseks temperatuuri muutmiseks dt,selle kuumutamise iseloomustamine: . [C] \u003d J / K.

Spetsiifiline soojusained alates nimetatakse skalaarse väärtuse võrdseks homogeense keha soojusvõimsuse suhtega Alates Selle massile:

[c.] \u003d J / (kg)

Molari soojusvõimsus nimetatakse füüsilise väärtuse arvuliselt võrdne süsteemi soojusvõimsuse suhe Alates Selles sisalduva aine N-ga: . \u003d J / (MOLE K)

Molari soojusvõimsus eristatakse konstantsel mahus ja konstantsel rõhul:

Oversioon, mis seondub soojusvõimsuse konstantsel rõhul ja konstantsel mahus on kujul (mayhe võrrand): C p - C V \u003d r.

Arvestades energia jaotust vabaduse kraadides ja Maer Võrrandis, saadame soojusvõimsusega C p ja C V vabaduse kraadides: ja .

Termodünaamiliste protsesside kaalumisel on mugav kasutada suhet: .

G väärtus G määratakse arvu ja iseloomu kraadi vabaduse molekuli.

Tasakaalude isoproces gaasides, termodünaamika esimese alguse võrrand on järgmine: .

· Esimene termodünaamika algus isokoorilise protsessiga (V \u003d CONST):

Siin DT \u003d T2 -t 1 on lõplike ja algsete riikide temperatuuride erinevus. Samal ajal ei tehta tööd:

· Esmalt termodünaamika algus isobariprotsessiga (P \u003d CONST): .

Isobaarse protsessi graafik on näidatud joonisel fig41.1. Isobaarse laienemise töö on võrdne joonise piirkonnaga, joonisel ja küsimustes varjutatud

.

Siin saame maer-võrrandi tuletada ja sõnastada universaalse gaasi konstantse füüsilise tähenduse.


.

Isobaarse protsessi jaoks (võttes arvesse MendeleeV-Klapaarone võrrandit) .

seetõttu
,

(Majerse võrrandi)

Universaalne gaasi konstantdigitaalselt töö, mida tuleb teha, et kuumutada 1 mooli ainet 1 K-ga konstantse rõhuga.

· Esmalt algus termodünaamika isotermilise protsessi (T \u003d CONST): - isotermilise protsessiga süsteemi poolt edastatud soojus, läheb tööle väliste jõudude vastu:

Niisiis, töö isotermilise protsessi:

.

Sisemine energia du \u003d 0 muutmine on süsteemi soojusvõimsus lõpmatusega võrdne.

Kui gaas on isotermiliselt laienev (V2\u003e V 1), kuumutatakse seda ja see teeb positiivse töö, mida mõõdetakse kuju kujuga varjutatud piirkonnaga. Kui gaas on isotermiliselt kokkusurutud (V2

Adiabatuprotsessi voolava ilma soojusvahetuse ilma väliskeskkonnaga nimetatakse: dq \u003d 0, q \u003d 0

Selleks, et protsessiks olla adiabatum, on vaja, et süsteem eraldatakse ümbritsevatest organitest kuumtõeskindel partitsiooniga või protsess peaks olema väga kiiresti lekib ja nii kiiresti, nii et soojusvahetus ei ole võimalik paigaldada .

Niisiis, adiabaatilise protsessi puhul staatuse võrrand: (1)

Alates Mendeleev-Klapaire Võrdmik: T \u003d PV / R.

; need. (2)

Mendeleev-Klapaire'i võrrandi põhjal: V \u003d rt / P.

; (3)

Võrrandid (1), (2) ja (3) on addebatiivse protsessi võrrandid, nimetatakse Poissoni võrranditeks.

ADiabaatiliste ja isotermiliste protsesside võrdlemisel võib näha, et adiabata on rohkem lahedam kui isoterm: isotermi jaoks pv\u003d CONST, ADABAT jaoks Ja G\u003e 1, st rõhk adiabaatilise protsessi ajal sõltub rohkem.

Selle fakti selgitus molekulaarse kineetilisest vaatepunktist: gaasirõhk on tingitud anuma seina molekulide puhumisest. Isotermilise protsessiga muudetakse molekulide arv ajaühiku kohta ühiku pindala kohta ja keskmine mõjujõud ei muutu. Adiabaatilise protsessiga varieerub ja keskmine löögiühiku keskmine löögijõud.

Termodünaamika esimene top ei anna ühtegi märkeid võrreldes selle suunas, kus tekivad protsessid võivad tekkida. Esimese alguse seisukohast saab looduses rakendada mis tahes mõeldav protsess, mis ei ole vastuolus energia säilitamise ja muutmise seadusega. Näiteks, kui on kaks keha, mille temperatuur on erinevad, siis termodünaamika esimesel alguses ei ole termodünaamika alguses vastuolus keha soojuse üleminekuga alumise temperatuuriga kehaga kõrgem. Selle protsessi esimeseks algus kehtestatud ainus piirang on nõue, et ühe keha antud soojuse kogus on võrdne teise sekundi jooksul saadud soojuse kogusega.

Tegelikult esinevate protsesside suunas võimaldab see hinnata termodünaamika teist algust. See koos esimese algusega võimaldab teil luua palju täpseid kvantitatiivseid suhteid erinevate makroskoopilised parameetrid keha termodünaamilise tasakaalu seisundis. Termodünaamika teise alguse asutaja on Prantsuse insener ja füüsik Sadi Carno. Ta uuris soojuse tööle keeramise tingimusi.

Termodünaamika teise alguse sõnastamiseks kaaluge skemaatiliselt soojusmasina toimimist. Tööprotsessis teeb see mitme ümmarguse protsessi (tsükli).

Ümmargune protsess - See on termodünaamiliste protsesside kombinatsioon, mille tulemusena naaseb süsteem oma algsele riigile. Olekuskeemi kohta kujutavad ringikujulised protsessid suletud jooned.

Sisemise energia muutmine on 0: . Esimene algus ümmarguste protsesside jaoks on: .

Otsetsükkel nimetatakse ringikujuliseks protsessiks, kus süsteem teeb positiivset tööd . Otsese tsükli kujutava diagrammi suletud kõverat kirjeldatakse päripäeva. Selleks, et süsteem tsükli jaoks positiivseks tööks teha, on vaja, et laienemine toimus suurema rõhu korral kui kokkusurumine.

Laske Q 1 olla soojuse kogus, mis sain süsteemi laiendamise ajal (joonis 43.1); Q 2 - Süsteem andis kokkusurumises; U 1 - süsteemi sisemine energia esimeses riigis U2 on süsteemi sisemine energia teises riigis.

Laiendamisel saab tööaine soojust kütteseade Q 1 ja täidab positiivset operatsiooni A 1. Termodünaamika esimese alguses: Q 1 \u003d U 2 -U 1 + A 1.

Töötava aine kokkusurumisel toimub töö AGA 2 Ja samal ajal annab see külmkapi soojuse koguse Q 2: Q 2 \u003d U 1-u 2 - A2

Selle tulemusena: Q 1 - Q 2 \u003d A 1 -A 2

Seega tegi soojuse masin otsese ringikujulise tsükli tulemusena, mille tulemusena kütteseade andis Q1 kuumuse, sai külmkapp Q 2 kuumuse. Soojus Q \u003d Q 1 - Q 2 läks tööle a \u003d a 1 -a2.

Soojusmasinas ei kasutata kõiki väljastpoolt soojust saadud Q1-st kasulikku tööd. Seetõttu iseloomustab soojusmasinat kasulikku koefitsienti. KP (h) on tsükli jaoks tsükli jaoks tehtud töö suhtumine tsükli jaoks:

(1)

Kui ümmarguse protsessi gaasi, laieneb, täidab vähem tööd kui see, mida välisjõud prioriteediks on toodetud, st A 1.< A 2, siis sellist tsüklit nimetatakse vastupidi. Seda saab teostada juhul, kui gaasi laienemine toimub madalamal temperatuuril kui kokkusurumine. Samal ajal annab gaas suurema soojuse kui ta saab laiendamisel. Tagasipööratsükli töötavate masinatega nimetatakse külmutamiseks. Külmutusmasinates nõuab külma kere soojusülekande protsess kuumaks väliste jõudude maksumus (A2-a 1). Disüsteemis on pöördtsükli kujutatud suletud kõverast, mis läbivad vastupäeva. Joonisel fig. 43.2 skemaatiliselt esitleb termilise mootori ja külmutusmasina põhimõtteid.

Valemi (1) eelmise lõigu võib näha, et KP. Soojuse masin on väiksem kui üks. Seal oleks parim auto, koos KPD, võrdne ühe. Selline auto võib täielikult muutuda tööks kogu mõnest kehast saadud soojust ilma külmkapi andmata. Paljud eksperimendid näitasid sarnase masina loomise võimatust. Esimest korda sai Sadi Carno sellele järeldusele 1824. aastal pärast termilise sõidukite tingimuste uurimist tõestas ta, et vähemalt kaks erineva temperatuuriga soojusallikaid peavad tootma termilise masina. Tulevikus uuriti üksikasjalikult R. Clausius (1850) ja V.kelvin (1852), mis sõnastati teine termodünaamika algus.

Preparaat Clausius(1850): Soojus ei saa spontaanselt liikuda soojema kerega vähem kuumutamisel ilma süsteemi muutusteta. See tähendab, et protsess on võimatu, mille ainus lõpptulemus on energia edastamine vähem kuumutatud keha soojusena kuumutatavamaks.

Sellest määratlusest ei tulene, et soojust ei saa soojendusega kuumutatud kehale soojendada. Soojus edastatakse vähem soojendusega soojema kehale mis tahes külmutusseadmetes, kuid soojusülekanne siin ei ole lõpptulemus, kuna töö toimub.

Preparaat Thomson (Kelvin) (1851): On võimatu muuta kogu soojust, mis on võetud organismist homogeense temperatuuriga, ilma et see toodaks muud süsteemi olekus muudatusi. See tähendab, et protsess on võimatu, ainus lõpptulemus, mille tulemuseks on kogu kehast saadud kuumuse ümberkujundamine selle samaväärsele tööle.

See ei tule siin, et soojust ei saa tööle täielikult lahendada. Näiteks isotermilise protsessiga (du \u003d 0), soojus viitatakse täielikult tööle, kuid see tulemus ei ole ainus, ülim, kui gaasi laienemine toimub veel.

Võib näha, et määratud sõnastus on samaväärne.

Termodünaamika teine \u200b\u200bpõhimõte sõnastati lõpuks, kui kõik katsed viidi lõpule, kõik katsed luua mootori, mis lisaks tööle kogu selle poolt saadud soojuse pärast, ilma et see ei põhjustanud süsteemi - teise teise igavene mootor. See on mootori, millel on KP. 100%. Seetõttu on termodünaamika teise alguse teine \u200b\u200bkoostis: see on võimatu Perpetuum-Mobile'i teisele liikle, st. Selline perioodiliselt töötav mootor, mis oleks saanud ühest mahutist soojuse ja pööras selle soojuse täielikult kasutusele.

Teine termodünaamika algus võimaldab jagada kõik termodünaamilised protsessid pöörduv ja pöördumatu. Kui tulemusena mis tahes protsessi, süsteem liigub riigist AGA Teisele tingimusele ja kui see on võimalik selle algses seisukorras vähemalt ühel viisil tagasi saata AGA Ja pealegi, et kõik muudes organites on juhtunud muudatused, seda protsessi nimetatakse pöörduvaks. Kui seda ei ole võimalik seda teha, nimetatakse protsessi pöördumatuks. Pöörduvat protsessi võiks läbi viia, kui selle voolu otsene ja vastupidine suund oleks võrdne ja samaväärne.

Pöörduv Protsessid on väga madala kiirusega voolavad protsessid, ideaalis olema lõputult aeglane. Tõetingimustes esinevad protsessid lõpliku määraga ja seetõttu võib neid pidada pöörduvaks ainult teatud täpsusega. Vastupidi, pöördumatus on iseloomulik vara, mis tuleneb termiliste protsesside olemusest. Pöördumatute protsesside näide on kõik protsessid, millega kaasnevad hõõrdumisprotsessid, soojusvahetusprotsessid lõpliku temperatuuri erinevuses, lahustumis- ja difusiooniprotsessides. Need kõik protsessid samas suunas jätkavad spontaanselt, "iseenesest" ja teha kõik need protsessid vastupidises suunas on vaja, et mõni muu kompensatsiooniprotsess toimus paralleelselt. Seetõttu on üritustel maistel tingimustel looduslik liikumine loomulik suund.

Termodünaamika teine \u200b\u200balgusmäärab termodünaamiliste protsesside lekke suuna ja annab seega vastuse selle küsimusele, millistel protsessidel looduses võib tekkida spontaanselt. See näitab ühe energiavormi edastamise protsessi pöördumatust - töö teisele soojusele. Töö on tellitud keha liikumise energia üleandmise vorm tervikuna; Kuum - kujul üleandmise energia käivituseta kaootilise liikumise. Tellitud liikumine võib minna häiritud spontaanselt. Pöördülekanne on võimalik ainult siis, kui töö teostab väliste jõudude poolt.

Termiliste mootorite käitamise analüüsimine, Carno jõudis järeldusele, et kõrgeim protsess on pöörduv ümmargune protsess, mis koosneb kahest isotermidest ja kahest adiabatist, kuna seda iseloomustab suurim efektiivsus. See tsükkel sai kaarnitsükli nime.

Carno tsükkel- otsene ringikujuline protsess, milles teostatud süsteem on maksimaalne töö. Tsükkel koosneb kahest isotermilisest (1®2 ja 3®4) ja kaks adiabaatilist laiendust ja kompressiooni (2®3 ja 4®1) (joonis 45.1). Auto, mis muudab karja tsükli nimetatakse täiuslikuks termiliseks masiniks.

Isotermilise laienemise ajal tehtud töö: ; A 1 \u003d Q 1. (1)

Adiabaatilise laienemisega tehakse töö süsteemi sisemise energia kadumise tõttu, kuna Q \u003d 0:

.

Isotermilise kompressiooni süsteemis tehtud töö: ; A 2 \u003d Q 2. (2)

Töö adiabatsioonilise tihendamisega: A 2 \u003d -Du \u003d koos V (t2 -t 1).

Arvutage täiusliku soojusmasina tõhususe.

(3)

Kirjutame Poissoni võrrandid kahele adiabatic protsessidele:

Võttes oma suhtumist, saame: .

Väljendades valemis (3) läbi ja lühendame, saame: .

Siit me sõnastame carno esimene teoreem: Carno pöördumise tsükli tõhusus ei sõltu töövedeliku olemusest ja on kütteseadme ja külmkapi absoluutsete temperatuuride funktsioon.

Teine teoreem Carno: Kõik nende kütteseadme temperatuuril töötavad soojusmasinad ja külmkapis temperatuuril ei tohi olla suuremat efektiivsust kui masin, mis töötab pöörlevast karja tsüklil, millel on sama soojendi temperatuur ja külmkappi temperatuure:

.

Suvalise pöörduva tsükli termiline tõhusus

kus Tmax ja T min on kütteseadme temperatuuri äärmuslikud väärtused ja vaatlusaluse tsükli rakendamisega seotud külmkapp.

Kontseptsioon entropy B.esimene võeti kasutusele R. Clausius 1862. aastal.

Riigi funktsiooni funktsioon, mille erinevus: (2)

kutsus Entropiad.Siin dQ. -Furnaalselt väike kogus soojuse, teatas süsteemi poolt elementaarse pöörduva protsessis, T. - süsteemi absoluutne temperatuur. Väljendi integreerimine (2), saame: ,

kui S 1 ja S 2 - Entropia väärtused riikides 1 ja 2, \\ t Ds.- Entropia muutmine pöörduva protsessi üle. Muutke entroopia mis tahes pöörduvas protsessis, tõldes süsteemi 1-ndale süsteemi süsteemile 2, mis võrdub selle protsessi süsteemile edastatud soojuse kogusega.

Iga keha iga osakaal vastab ühele kindlasse entropia väärtusele. seetõttu entropia on ühemõtteline funktsioon. Füüsilisel tähenduses ei ole entroopia ise, vaid ainult entroopia erinevus. Clausius sai järgmised olulised sätted, mida me sõnastame ilma tõenditeta:

1. Entropia on lisand Väärtus: mitmete kehade süsteemi entroopia on kõigi kehade entropia summa.

2. Entropy määratakse ainult meelevaldse konstantse täpsusega.

3. Kui isoleeritud süsteemis esinevad pöörduvad protsessid jääb selle entropia samaks:

4. Eraldatud süsteemi entroopia pöördumatute protsesside voolu ajal suureneb. Entropy isoleeritud süsteemi ei saa vähendada mis tahes protsesside. Matemaatiliselt saab neid sätteid kirjutada ebavõrdsuse kujul ebavõrdsus Clausius: (3)

5. Entropia süsteemi tasakaalu on maksimaalne.

Looduses on kõik tegelikud protsessid pöördumatu. Seetõttu võib väita, et kõik lõpliku isoleeritud süsteemi protsessid toovad kaasa entroopia suurenemise. See on kasvamise põhimõte entroopia. Eeltoodu põhjal on võimalik sõnastada termodünaamika teine \u200b\u200balgus: isoleeritud süsteemides on võimalikud ainult sellised protsessid, milles entroopia ei vähene. See on konstantne, kui protsessid on pöörduvad ja suurendavad, kui protsessid on pöördumatu.

Kui süsteem ei ole isoleeritud, võib selle entropia käituda juhuslikult. Kui süsteem annab soojuse (DQ<0), то ее энтропия убывает. Если такая система совершает замкнутый цикл, то энтропия в конце цикла буде равна исходному значению, то есть ее изменение равно нулю. Однако на разных этапах энтропия может и убывать, и возрастать, но так, что сумма всех изменений энтропии равно нулю.

Teema 9. Molecular kineetiline teooria

Molekulaarse kineetilises teoorias nautida idealiseeritud mudeltäiuslik gaas Vastavalt nad usuvad, et:

1) oma maht gaasimolekulide on tühine võrreldes laeva mahuga;

2) gaasimolekulide vahelise koostoimete vahel ei ole tugevaid külgi;

3) gaasimolekulide kokkupõrge omavahel ja laeva seintega absoluutselt elastne.

Gaasimolekulides on enamik aega seni üksteisest, et nende vahelised koostoimejõud on peaaegu võrdsed nulliga. Võib pidada, et gaasimolekulide kineetiline energia on palju potentsiaal, nii et viimast saab tähelepanuta jätta.

Molecular füüsika ja termodünaamika, seisundi gaasi iseloomustab kombinatsioon kolme makropurameeter P, V, T. mida nimetatakse olekuparameetriteks.

Temperatuur on üks peamisi mõisteid, millel on oluline roll mitte ainult termodünaamika, vaid ka füüsikana tervikuna. Temperatuur - makroskoopilise süsteemi termodünaamilise tasakaalu seisundi iseloomustav füüsiline kogus. Vastavalt XI üldkonverentsi otsusele ja ohkadele (1960), ainult kaks temperatuuri kaalud saab rakendada territoodynamic ja rahvusvahelise praktilise praktilise , Lõpetanud vastavalt Kelvin (K) ja kraadi Celsiuses (° C). Tõlgendatav praktiline skaala külmumis- ja keeva vee temperatuur rõhul 1,013 10 S PA, vastavalt, O ja 100 ° C (tõrjutud punktid).

Rõhk Süsteemi mõõdetakse Pa (Pascal): 1N / m 2 \u003d 1 PA. Sageli kasutage ja genereeritud rõhuühikud: 1 mm Hg. Art. \u003d 133,3 PA; Tehniline atmosfäär 1 at \u003d 750 mm Hg. Art. »10 5 pa; Normaalne (füüsiline) atmosfäär: 1atm \u003d 760mm Rt.St. "1.013. 10 5 pa.

Gaaside kineetilise teooria peamist võrrandit nimetatakse suhe, mis seob rõhku (katse mõõdetud summa) gaasimolekuli kiirusega või kineetilises energias.

(3)

Seda väljendit kutsutakse ideaalsete gaaside molekulaarse kineetilise teooria peamine võrrand. See võrrand on täpselt luua surve ja kiiruse vaheline suhe või pigem keskmise ruutmeetri kiirus.

Me tutvustame - ühe molekuli kaootilise progressiivse liikumise keskmine kineetiline energia, seejärel peamine võrrand registreeritakse järgmiselt: või

Selles võrrandis on rõhk seotud molekulide translatsiooni liikumise keskmise energiaga. Gaasirõhk on arvuliselt võrdne 2/3 keskmise kineetilise energiaga molekulide translatsiooni liikumise maht.

Ideaalse gaasi rõhk on seotud temperatuuriga suhtega: .

Rõhk määratakse ainult kontsentratsiooniga (konstantsel temperatuuril) ja ei sõltu molekulide mitmekesisusest.

Kui meil on mitme gaaside segu, mille kontsentratsioon molekulide n 1, n 2, ..., n i ja Siis.

Survet nimetatakse osaliseks survet. Näiteks P 1 - osaline rõhk vastab rõhule, millel oleks esimene gaas, mis on osa segust, kui ta kasutab kogu mahtu.

Vastavalt daltoni seadus Täiuslike gaaside korral .

Seega on laevaseinte surve gaaside seguga võrdub segu üksikute komponentide osalise surve summaga.

Molecular füüsika

Põhikontseptsioonid
Ainete kogust mõõdetakse moolites (N).
n - Moolide arv
1 Mol on võrdne süsteemi sisuga, mis sisaldab nii palju osakesi aatomitena, mis sisaldasid 0,012 kg süsinikku. Molekulide arv ühes mooli aines on arvuliselt võrdne konstantse avogadro n a.

Na \u003d 6,022 1023 1 / mol.

1 mooli iga gaasi normaalsetes tingimustes hõivab maht
V \u003d 2,24 10-2 m3.
M - molaarmass (mooli kaal) - väärtus, mis on võrdne massi M-de suhtega aine N-i koguses N:


M o - ühe molekuli mass, m - mass võetud aine kogus

- Molekulide arv selles koguses.

Täiuslik gaas. Molecular kineetilise teooria peamine võrrand.

Molecular-kineetilise gaasi teooria peamine võrrand on võrrand:

,

P-gaasirõhk laeva seintele,
N - Molekulide kontsentratsioon

Keskmine molekulide keskmine ruutikiirus.

Gaasirõhu P saab määrata valemite abil:

,

Molekulide translatsiooni liikumise keskmine kineetiline energia, \\ t

T - absoluutne temperatuur,
K \u003d 1,38 10-23 J / K - Püsiv Boltzmann.

,

Kus \u003d 8,31 j / mol × k, r - universaalne gaasi püsiv
T \u003d 373 + t o c, t o c - Celsiuse temperatuur.
Näiteks t \u003d 27 ° C, t \u003d 273 + 27 \u003d 300 K.
Gaaside segu
Kui ei ole ühte gaasi mahust V-ga gaaside segu, määrab gaaside rõhk Daltoni seaduses: gaasisegul on seintele surve, mis võrdub iga eraldi gaaside surve summaga :

- 1-ga Gaasi P1 seinte rõhk, teine \u200b\u200bP2 jne.

N - segu moolite arv, \\ t

Klapairone Mendeleev võrrand, isoprocess.

Ideaalse gaasi seisundit iseloomustab rõhul p, maht V, temperatuur T.
[P] \u003d Pascal (PA), [v] \u003d m3, [t] \u003d kelvin (k).
Ideaalse gaasi seisundi võrrandile:

Üks palvetamise gaasi const \u003d r - universaalne gaasi konstant.

- Mendeleev-Klapaire Võrdmik.

Kui mass on püsiv, siis erinevad protsessid esinevad gaaside saab kirjeldada seaduste tulenevad Mendeleev-Klapaarone võrrandi.

1. Kui M \u003d CONST, T \u003d CONST on isotermiline protsess.

Protsessi võrrandi:

Protsessi ajakava:

2. Kui M \u003d CONST, V \u003d CONST - isokooriline protsess.

Protsessi võrrand :.

Protsessi ajakava:

3. Kui M \u003d CONST, P \u003d CONST - ISOBARIC protsess.

Protsessi võrrandi:

Protsessi ajakava:

4. Adiabaatiline protsess - protsess, mis voolab ilma soojusvahetuseta keskkonna. See on väga kiire laiendamise või tihendamise protsess gaasi.

Küllastunud paarid, niiskus.

Absoluutne niiskus - veeauru rõhu p, mis sisaldub õhus antud temperatuuril.
Suhteline õhuniiskus - õhus oleva veeauru rõhu P suhe antud temperatuuril, rõhul rikas veeauru samal temperatuuril:


P O - Tabeli väärtus.
Kastepunkt on temperatuur, mille juures vee paar õhku muutub küllastunud.

Termodünaamika

Termodünaamika uuringud Kõige tavalisemad energia muundamise mustrid, kuid ei arvesta aine molekulaarset struktuuri.
Iga füüsiline süsteem, mis koosneb tohututest osakestest - aatomitest, molekulidest, ioonidest ja elektronidest, mis muudavad ebakorrektselt termilise liikumise ja suheldes iga teise vahetuskursiga, nimetatakse termodünaamiliseks süsteemiks. Sellised süsteemid on gaasid, vedelikud ja tahked organid.

Sisemine energia.

Termodünaamilisel süsteemil on sisemine energia U.. Termodünaamilise süsteemi liigutades ühest olekust teise, see toimub oma sisemise energia muutuse.
Ideaalse gaasi sisemise energia muutus on võrdne selle osakeste termilise liikumise kineetilise energia muutusega.
Muutus sisemise energia D U. Süsteemi ühest olekust teise lülitumisel ei sõltu see protseduurist, mille kaudu üleminek viidi läbi.
Ühe muutujagaasi puhul:

- protsessi lõpus ja alguses temperatuuri erinevus.

Süsteemi sisemise energia muutmine võib toimuda kahe erineva protsessi tõttu: operatsioonisüsteemi teostamine A / ja edastab see soojuse Q.

Töö termodünaamika.

Töö sõltub protsessist, millest süsteem üleminek ühest riigist teise. Isobaarse protsessiga (P \u003d CONST, M \u003d CONST): ,

Mahtude erinevus lõpus ja protsessi alguses.

Välistejõudude süsteemi ja väliste vägede vastase süsteemi teostatud töö on märgi järgi võrdne ja vastas :.

Esimene termodünaamika seadus.

Seadus energia säilitamise termodünaamika nimetatakse: esimene seadus termodünaamika.
Termodünaamika esimene seadus:


/ - Töö täiuslik süsteemi väliste jõudude poolt,
A - Süsteemi täiuslik töö

Erinevus lõpp- ja esialgsetes riikides.

Esimene termodünaamika seadus.

Esimene termodünaamika seadus on formuleeritud järgmiselt: Süsteemi teatatud soojuse (Q) kogus on süsteemi sisemise energia suurenemine ja väliste organite töö süsteem.
Rakendage termodünaamika esimest õigust erinevatele isoprocessile.
a) isotermiline protsess (t \u003d const, m \u003d const).
Sellest ajast . Sisemise energia muutus ei toimu, see tähendab:

- Kõik süsteemi edastatud teavitatakse tugevalt välisjõudude vastu suunatud tööle.

B) isokooriline protsess (V \u003d CONST, M \u003d CONST).
Kuna maht ei muutu, on süsteemi toimimine 0 (a \u003d 0) ja - Kõik süsteemi soojuse edastatud edastatakse sisemise energia muutmiseks.
c) isobaritootmisprotsess (P \u003d CONST, M \u003d CONST).

d) Adiabaatiline protsess (M \u003d CONST, Q \u003d 0).

Töö teostab süsteem sisemise energia vähendamise teel.

Soojuse masina tõhusus.

Soojusmasinat nimetatakse perioodiliselt töötavaks mootoriks, mis võimaldab töötada väljastpoolt saadud soojuse arvelt. Soojusmasin peaks koosnema kolmest osast: 1) töövedeliku (või auru) töövedeliku (või auru), millise töö teostamise laiendamine; 2) kütteseade - keha, mis soojusvaheti arvelt võtab tööorgan soojuse koguse Q1; 3) külmkapp (keskkond), valides gaasist soojuse koguse.
Küttekeha suurendab perioodiliselt gaasi temperatuuri T1-le ja külmkapp alandab T2.
Masina poolt valmistatud soojuse soojuse koguse ja soojendi koguse suhte suhe nimetatakse masinat H:



Täiusliku soojusmasina tõhususe koefitsient:


T1 - kütteseadme temperatuur,
T2 - külmkapi temperatuur.

- täiusliku soojusmasina jaoks.

Test ülesanded

Vastused ja lahendused

  1. Mis tahes aine MOL sisaldab sama arvu molekule, mis on võrdne Avogadro arvuga:
  2. Kirjutame Mendeleev-Clapairone võrrandi kahele riigile P \u003d CONST ja M \u003d CONST, sest Ülemineku protsess ühest riigist teise isobarici: (1) (2) Me jagame (1) (2), saame: - isobatsioonilise protsessi võrrand.
  4. Temperatuuri määramiseks kasutatakse MendeleeV-Klapaarone võrrandit. Ajakava: seisundi A - riigi jaoks - . esimesest võrrandist -, siis - .
  5. Rõhu mix . Kirjutame isotermilise protsessi võrrandi:- gaasirõhk pärast laiendamist.
  6. Probleemi lahendamiseks kirjutage termodünaamika esimene algus. Isobaarse protsessi jaoks:. Isokoorilise protsessi jaoks:. Sest CP - spetsiifiline soojusvõimsus konstantsel rõhul, CV - soojusvõimsus konstantsel mahus. Sest . .
  7. - termodünaamika esimene algus. Seisundi q \u003d a, s.o all delta U.\u003d 0, see tähendab, et protsess toimub konstantsel temperatuuril (isotermiline protsess).
  8. Ja 1 - arvuliselt võrdne joonise A 1 V pindalaga. Sest Vähem kui ülejäänud alad, siis töö A 1 on minimaalne.