Графики изотермического процесса

Изотермы

Закон Бойля – Мариотта для изотермического процесса:

Давление данной массы газа при обратно пропорционально объему:

или

Графики изобарного процесса

Изобары

Закон Гей – Люссака для изобарного процесса

Объем данной массы газа прямо пропорционален абсолютной темпе-ратуре при :

Графики изохорного процесса

Изохоры

Закон Шарля для изохорного процесса

Давление данной массы газа при прямо пропорционально абсолютной температуре:

В термодинамике используют понятия: внутренняя энергия ,количество теплоты , механическая работа .

Внутренняя энергиятела или системы тел равна сумме кинетических энергии хаотично движущихся молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

В идеальном газе молекулы настолько удалены друг от друга, что потенциальной энергией их взаимодействия можно пренебречь. Поэтому внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотичного движения молекул.

Внутренняя энергия связана с абсолютной температурой по формуле:

,

где - число степеней свободы молекулы газа,

- для одноатомных молекул,

- для двухатомных молекул,

- для многоатомных молекул.

Изменение внутренней энергии зависит от изменения температуры:

,

где - масса газа,

- молярная масса,

- число молей газа,

- универсальная газовая константа.

Существуют два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы: теплообмен (без совершения работы) и механическая работа .

Существуют три вида теплообмена или теплопередачи: конвекция, теплопроводностьитепловое излучение.

Конвекция – это передача тепла путем перемешивания горячих и холодных слоев газа или жидкости.

Теплопроводность– это передача тепла от нагретых участков к холодным за счет движения и взаимодействия микрочастиц вещества. Проявляется в твердых, жидких и газообразных телах.

Тепловое излучение – это инфракрасное излучение в виде электромагнитных волн.

Формула количества теплоты , необходимого для нагревания тела от температуры до :

,

где - удельная теплоемкость тела в ,

- масса нагретого тела.

В процессе теплообмена может меняться агрегатное состояние вещества. Например, при испарении жидкость переходит в газообразное состояние – пар. Количество теплоты для испарения:

,

где - удельная теплота парообразования (конденсации) в ,

- масса испарившейся жидкости

При нагревании внутренняя энергия термодинамической системы увеличивается, при охлаждении – уменьшается.

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении механической работы. Каждый знает, чтобы согреться, надо двигаться, что-то делать.

Количество теплоты, сообщенное термодинамической системе, например, в простейшем случае – идеальному газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на механическую работу:

.

Данное выражение есть первое начало термодинамики. Оно является законом сохранения и превращения энергии в тепловых процессах.

Условились считать работу положительной , если ее совершает система, и отрицательной , если ее совершают внешние силы над системой.

Работа газа при изобарном процессе:

Первое начало термодинамики для изопроцессов имеет вид:

1) для , т.к. ;

2) для ;

3) для , т.к. .

Адиабатный процесс – это тоже изопроцесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой .

4) для адиабатного процесса первое начало термодинамики или , что означает: система совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, т.е. охлаждается.

Первое начало термодинамики для 1 молягаза при нагревании его на 1 К называют уравнением Майера: ,

где - молярная теплоемкость газа при ,

- молярная теплоемкость газа при ,

- универсальная газовая постоянная, имеющая смысл работы, совершаемой одним молем газа при нагревании на 1 Кельвин (градус).

Живые и растительные организмы представляют собой открытуютермодинамическую систему. Живой и растительный организм не может существовать отдельно от окружающей среды. Ему нужно питание. Он должен выделять продукты метаболизма. Живой организм напоминает тепловой двигатель. В тепловом двигателе энергия сгоревшего топлива частично теряется, а другая часть превращается в работу. В живом организме съеденная пища окисляется и перерабатывается путем биохимических процессов. В результате обработки опытных исследований многих ученых был открыт закон Гесса: