Работа. Количество теплоты
Работа в механическом понимании совершается, если на тело действует сила , вызывающая перемещение :
(9.6)
где a - угол между вектором силы и вектором перемещения .
Рассмотрим цилиндр с поршнем, внутри цилиндра находится какой либо газ. Под действием внешней силы F поршень переместится на . Поскольку направление действия силы и направление перемещения совпадают, запишем работу внешней силы
(9.7)
Разделим это выражение слева на площадь основания цилиндра S и умножим на эту величину, находим:
(9.8)
где - давление газа;
- изменение объёма, занимаемого газом в цилиндре.
Мы получили формулу для определения работы , совершенной над термодинамической системой.
В дифференциальной форме элементарная работа:
.
Полная работа, совершаемая при сжатии газа от объёма до объёма :
(9.9)
Работа самой термодинамической системы против внешних сил равна по величине и противоположна по знаку работе внешних сил:
.
Нельзя говорить о количестве работы, запасённой термодинамической системой, правильнее говорить об изменении работы.
Работа, совершаемая системой, зависит от пути перехода системы из начального до конечного состояния. Так, например, работа идеального газа в изотермическом процессе меньше, чем в изобарном процессе при одинаковом изменении объема. Работа при изотермическом процессе зависит от изменения объема, занимаемого газом. Если система возвратится в исходное состояние, характеризуемое параметрами P, V, T, n, то совершенная при этом работа будет зависеть от хода процесса, поэтому работа не является функцией состояния. Работа является одной из форм энергии и может полностью переходить в другие формы энергии: теплоту и внутреннюю энергию.
На замкнутую систему могут не действовать внешние силы, но она может обмениваться энергией с внешней средой путём теплообмена. Количество теплоты, переданное термодинамической системе, зависит от теплоёмкости:
(9.10)
Поскольку теплоёмкость системы зависит от условий, при которых происходит передача тепла, то количество теплоты также не является функцией состояния. Так, например, в изохорном процессе идеального газа количество теплоты, воспринятое системой меньше, чем в изобарном процессе т.к. где - молярная масса газа; - универсальная газовая постоянная. Элементарное количество теплоты не является полным дифференциалом, т.к. при возвращении системы в состояние с исходными параметрами запасённое количество теплоты не обязательно принимает первоначальную величину. Количество теплоты , как одна из форм энергии, может полностью переходить в другие формы энергии: работу и внутреннюю энергию .
Механический эквивалент количества тепла был установлен Д. Джоулем (1843 г.): 1 кал = 4,1868 Дж.
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 646;