Термодинамика

Термодинамика - раздел физики, рассматривающий явления, связанные с взаимопревращением механической и внутренней энергий и передачей внутренней энергии от одного тела к другому. Термодинамической системой называется совокупность тел, выделенная для рассмотрения вопросов термодинамики.

Изменение внутренней энергии AU может быть осуществлено двумя способами:

• путем совершения над телом работы: сжатие, растяжение тела; работа механизмов: пилы, дрели;

• путем сообщения телу теплоты, то есть через теплопередачу: нагревание в закрытом сосуде, нагревание жидкости.

Теплопередачей называется процесс перехода внутренней энергии от одного тела к другому без совершения над телом работы

Виды теплопередачи:

• конвекция;

• теплопроводность;

• лучеиспускание

Конвекция - процесс передачи количества теплоты путем перемешивания холодных и теплых слоев жидкости или газа (центральное водяное отопление, ветры, морские течения, тяга в трубах, нагревание жидкости снизу сосуда).

Теплопроводность - процесс передачи количества теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой без перемещения частиц (металлы - хорошие проводники тепла; дерево, стекло, кожа - плохие; газы менее теплопроводны, чем жидкость => плохая теплопроводность.

Лучеиспускание — теплопередача через излучение с помощью электромагнитных волн (энергия, получаемая Землей от Солнца).

Количество теплоты AQ - количество энергии, переданной от тела телу в результате теплопередачи (без совершения работы).

Количество теплоты

Теплоемкость тела

Удельная теплоемкость

Рис. 39

Работа газа

A = pV

Работа А численно равна площади под графиком зависимости давления от объема (рис. 39).

Первый закон термодинамики

А - работа, совершаемая системой над внешними телами; А' - работа совершаемая внешними телами над системой.

I закон термодинамики, адиабатный процесс

U = - A

Адиабатным называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q = 0).

I закон термодинамики, изохорный процесс

I закон термодинамики, изотермический процесс

I закон термодинамики, изобарный процесс

(p = const)

Q = U + U + pV

Второй закон термодинамики: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы произвольно от тел более холодных к более нагретым:

При адиабатном процессе система может выполнять работу над внешними телами (расширение газа) только за счет своей внут-ренней энергии.

Если при адиабатном процессе внешние тела совершают работу над системой, то ее внутренняя энергия увеличивается.

КПД теплового двигателя

Тепловой двигатель состоит из нагревателя, холодильника и рабочего тела — газа или пара, который при расширении совершает работу (рис. 40).

Рис. 40

Пути повышения КПД теплового двигателя:

• повышение температуры нагревателя;

• понижение температуры холодильника;

• уменьшение теплообмена;

• уменьшение трения в машине

Работа теплового двигателя

A = Q_H - Q_X

Тепловой двигатель - устройство, превращающее внутреннюю энергию обычного или ядерного топлива в механическую энергию.

Фаза - физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей системы границей раздела (лед, вода, пар).

Фазовый переход - переход из одной фазы в другую, из одного агрегатного состояния в другое.

Изменение агрегатного состояния

Рис. 41

- температура, установившаяся в результате теплообмена.

Уравнение теплового баланса

Удельная теплота сгорания топлива

Удельная теплота парообразования

Удельная теплота плавления

Относительная влажность

Коэффициент поверхностного натяжения

Высота подъема жидкости в капилляре

Рис. 42

Точка, или температура плавления, - температура, при которой плавится (или отвердевает) кристаллическое тело при постоянном давлении. Аморфные тела (стекло, воск, парафин, вар) не имеют точки плавления.

Насыщенным называется пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью: число испарившихся молекул равно числу конденсирующихся =>концентрация пара в пространстве над жидкостью максимальна и не изменяется.

Точка росы - температура t_p, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным.