2. Первое начало термодинамики. Правило знаков для теплоты и работы. Формула для вычисления работы идеального газа. Работа газа в изобарном и в изотермическом процессе.

Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Изобарный процесс (др.-греч. ἴσος «одинаковый» и βάρος «тяжесть») — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Согласно закону Гей-Люссака, при изобарном процессе в идеальном газе .

Работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна .

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии:

Изотермический процесс (от др.-греч. ἴσος «равный» и θέρμη «жар») — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

3. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в идеальном газе и адиабатическому процессу.

Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

4. Теплоемкость, молярная и удельная теплоемкость. Теплоемкость при постоянном объеме и при постоянном давлении. Формула Майера.

Теплоёмкость тела (обычно обозначается латинской буквой C) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты δQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δT:

Единица измерения теплоёмкости в системе СИ — Дж/К.

Удельной теплоёмкостью называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества. Количество вещества может быть измерено в килограммах, кубических метрах и молях.

Молярная теплоёмкость (Сμ) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

5. Первое начало термодинамики в дифференциальной форме. Связь теплоемкости при постоянном объеме с внутренней энергией.

6. Адиабатический процесс. Вывод уравнения Пуассона. Показатель адиабаты. Запись уравнения Пуассона для различных параметров состояния идеального газа.

Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс (от др.-греч. ἀδιάβατος — «непроходимый») — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством

7. Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона (без вывода), показатель адиабаты. Графики изотермического и адиабатического процесса. Выражение теплоемкостей идеального газа через показатель адиабаты.

Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс (от др.-греч. ἀδιάβατος — «непроходимый») — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается тепловой энергией с окружающим пространством

8. Политропические процессы. Запись первого начала термодинамики для политро-пического процесса. Уравнение политропы и показатель политропы.

_9. Различные формулировки второго начала термодинамики. Физический смысл второго начала термодинамики. Обратимые и необратимые процессы.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»[1] (такой процесс называется процессом Клаузиуса).

Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

2-й закон — второе начало термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона.

Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например:

3H2 + N2 ⇌ 2NH3.

Необратимые реакции — реакции, при которых взятые вещества нацело превращаются в продукты реакции, не реагирующие между собой при данных условиях, например, разложение взрывчатых веществ, горение углеводородов, образование малодиссоциирующих соединений, выпадение осадка, образование газообразных веществ.

Ba(ClO2)2 + H2SO4 → 2HClO2 + BaSO4↓

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2↑

Однако надо понимать, что при изменении условий протекания реакции, теоретически возможно сместить равновесие любой реакции.

10. Тепловые машины, составные части тепловой машины. Применение первого начала термодинамики к циклическим процессам. КПД тепловой машины.

Теплова́я маши́на — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа.

При работе часть тепла Q1 передается от нагревателя к рабочему телу, а затем часть энергии Q2 передается холодильнику, который охлаждает машину КПД тепловой машины считается по формуле (Q1-Q2/Q1)х100

Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла, называется тепловой машиной.

В любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

внутренняя энергия является функцией состояния

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД) называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя

11. Цикл Карно, теоремы Карно. Расчет КПД цикла Карно.

Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

1. Пусть дан произвольный треугольник ABC. Тогда сумма алгебраических расстояний (англ.) от центра описанной окружности D до сторон треугольника ABC будет равна , где r — радиус вписанной окружности, а R — описанной. Знак расстояния принимается отрицательным тогда и только тогда, когда отрезок DX (X = F, G, H) целиком лежит вне треугольника. В ее доказательстве используется теорема Птолемея.

2. Пусть дан треугольник АВС и точки А1, В1, С1 на плоскости. Тогда перпендикуляры, опущенные из А1, В1, С1 на ВС, АС, ВС соответственно, пересекаются в одной точке тогда и только тогда, когда

12. Обратимость, как главное свойство цикла Карно. Неравенство Клаузиуса

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

13. Применение неравенства Клаузиуса к обратимым процессам. Термодинамическое определение энтропии.

Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение общего количества тепла к величине абсолютной температуры (то есть тепло, переданное системе, при постоянной температуре):

14. Применение неравенства Клаузиуса к необратимым процессам. Закон неубывания энтропии в изолированной системе.

Закон неубывания энтропии - Если в некоторый момент времени энтропия замкнутой системы отлична от максимальной, то в последующие моменты энтропия не убывает — увеличивается или в предельном случае остается постоянной.

15. Расчет изменения энтропии в различных процессах. Формула для энтропии идеального газа.

16. Статистический смысл энтропии, формула Больцмана, термодинамическая вероятность состояния. Физический смысл закона неубывания энтропии.

КБ = R / NA = 1,38 – 10-23 Дж/К,

где КБ – постоянная Больцмана, равная отношению газовой постоянной R к постоянной Авогадро NA .

Термодинамическая вероятность — число способов, которыми может быть реализовано состояние физической системы. В термодинамике состояние физической системы характеризуется определёнными значениями плотности, давления, температуры и др. измеримых величин

Закон неубывания энтропии или так называемый физический смысл второго закона термодинамики был открыт Клаузиусом (1865), а его теоретическое обоснование было дано Больцманом (1870-е годы).

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами