Лекция 13 Основы термодинамики

13.1 Внутренняя энергия и работа газа, теплоемкость

13.2 Первое начало термодинамики.

13.3 Тепловые машины, цикл Карно.

13.4 Второе и третье начала термодинамики.

Термодинамика изучает тепловые свойства макроскопических систем, не обращаясь к микроскопическому строению тел, составляю­щих систему. Она строится на базе нескольких основных принципов – начал (законов) термодинамики, которые представляют собой обобщение известных многочисленных опытных данных. Теоретическим изучением свойств вещества занимается статистическая физика, которая дала обос­нование законов термодинамики и определила границу их применения.

При изучении основ термодинамики необходимо помнить следую­щие определения.

Физическая система, состоящая из большого числа частиц – атомов или молекул, которые совершают тепловое движение, и взаимодей­ствуя между собой, обмениваются энергиями, называется термодина­мической системой. Состояние термодинамической системы определяется основными макроскопи­ческими параметрами объемом (V), давлением (P),, темпе­ратурой(T).

Термодинамика рассматривает только равновесные состояния, т. е. состояния, в которых параметры термодинамической системы не ме­няются со временем.

Термодинамическим процессом называют переход системы из начального состояния в конечное через последовательность промежуточ­ных состояний. Процессы бывают обратимыми и необратимыми.

Обратимым называют такой процесс, при котором возможен об­ратный переход системы из конечного состояния в начальное через те же промежуточные состояния, чтобы в окружающих телах не про­изошло никаких изменений. Обратимый процесс является физической аб­стракцией. Примером процесса, приближающегося к обратимому, явля­ется колебание тяжелого маятника на длинном подвесе. В этом случае кинетическая энергия практически полностью превращается в потенци­альную, и наоборот. Колебания происходят долго без заметного умень­шения амплитуды ввиду малости сопротивления среды и сил трения.

Любой процесс, сопровождаемый трением или теплопередачей от нагретого тела к холодному, является необратимым. Примером необ­ратимого процесса является расширение газа, даже идеального, в пусто­ту. Расширяясь, газ не преодолевает сопротивления среды, не совершает работы, но, для того чтобы вновь собрать все молекулы газа в прежний объем, т. е. привести в начальное состояние, необходимо затратить рабо­ту. Таким образом, все реальные процессы являются необратимыми.