I.3.9 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СРЕДАХ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Законы термодинамики являются общими для любых макроскопических систем; газов, жидкостей, твердых тел, растворов, сплавов и т.п. Эти законы, в частности, проявляются в виде тепловых эффектов (охлаждении или нагревании) при различных физических воздействиях: механических, электрических, магнитных и т.п.

Остановимся на механических воздействиях. В идеальных газах, как указывалось выше, в которых отсутствуют силы притяжения между молекулами и размерами молекул можно пренебречь, при адиабатическом расширении происходит охлаждение газа, а при сжатии – нагревание. В реальных газах, при наличии сил притяжения между молекулами и с учетом размеров молекул, наблюдается при адиабатическом расширении как положительный (охлаждение), так и отрицательный (нагревание) эффект, т.е. так называемый эффект Джоуля-Томсона.

Жидкости и твердые тела являются конденсированными средами, в которых частицы вещества плотно прилегают друг к другу. В результате их сжимаемость (и растяжимость) под воздействием механических сил в тысячи раз меньше, чем у газов. Тем не менее, деформации происходят и также сопровождаются тепловыми эффектами, в проявлении которых начинают играть дополнительные факторы. Например, в жидкостях проявляется действие сил поверхностного натяжения. Еще более сложная картина наблюдается в кристаллах, и характер теплового эффекта зависит от многих факторов: направления механического напряжения, вида деформации, особенности химической природы вещества, симметрии кристаллической структуры и др. Но есть и закономерности. Так, большинство кристаллов увеличивает все свои размеры при повышении температуры. Тогда любое растягивающее напряжение приводит к охлаждению теплоизолированного (условие адиабаты) кристалла, а сжимающее – к его нагреванию.

Известно, что для длинного тонкого стержня (или проволоки), когда действует растягивающее напряжение вдоль стержня, имеет место удлинение стержня. Удлинение стержня наблюдается также и при нагревании. И согласно законам термодинамики между этими явлениями должна быть связь. Например, если такому телу сообщается некоторое количество теплоты и оно при этом удлиняется, то эта теплота расходуется согласно первому началу термодинамики на нагревание (т.е. на увеличение внутренней энергии) и на работу упругих сил в результате удлинения.

ЧАСТЬ II. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Глава II.1. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

§II.1.1 ИДЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ.