Kuidas süsteemi siseenergia protsessi käigus muutub. SA

MKT järgi koosnevad kõik ained osakestest, mis on pidevas soojusliikumises ja interakteeruvad üksteisega. Seega, isegi kui keha on liikumatu ja potentsiaalse energiaga null, on tal energia (siseenergia), mis on keha moodustavate mikroosakeste liikumise ja vastasmõju koguenergia. Sisemine energia sisaldab:

1. molekulide translatsiooni-, pöörlemis- ja vibratsioonilise liikumise kineetiline energia;
2. aatomite ja molekulide vastasmõju potentsiaalne energia;
3. aatomisisene ja tuumaenergia.

Termodünaamikas käsitletakse protsesse temperatuuridel, mille juures aatomite vibratsiooniline liikumine molekulides ei ergastu, s.t. temperatuuril mitte üle 1000 K. Nendes protsessides muutuvad ainult siseenergia kaks esimest komponenti. Sellepärast

all sisemine energia termodünaamikas tähendavad need keha kõigi molekulide ja aatomite kineetilise energia ning nende vastasmõju potentsiaalse energia summat.

Keha siseenergia määrab selle termilise oleku ja muutub üleminekul ühest olekust teise. Selles seisundis on kehal täpselt määratletud siseenergia, mis ei sõltu protsessist, mille tulemusena ta sellesse olekusse läks. Seetõttu nimetatakse väga sageli siseenergiat keha seisundi funktsioon.

\ (~ U = \ dfrac (i) (2) \ cdot \ dfrac (m) (M) \ cdot R \ cdot T, \)

kus i- vabadusaste. Üheaatomilise gaasi jaoks (nt inertgaasid) i= 3, kaheaatomilise jaoks - i = 5.

Nendest valemitest on näha, et ideaalse gaasi siseenergia sõltub ainult temperatuurist ja molekulide arvust ja see ei sõltu ei mahust ega rõhust. Seetõttu määrab ideaalse gaasi siseenergia muutuse ainult selle temperatuuri muutus ja see ei sõltu protsessi olemusest, mille käigus gaas ühest olekust teise liigub:

\ (~ \ Delta U = U_2 - U_1 = \ dfrac (i) (2) \ cdot \ dfrac (m) (M) \ cdot R \ cdot \ Delta T, \)

kus Δ T = T 2 - T 1 .

• Reaalsete gaaside molekulid interakteeruvad üksteisega ja seetõttu on neil potentsiaalne energia W p, mis sõltub molekulide vahelisest kaugusest ja seega ka gaasi poolt hõivatud mahust. Seega sõltub reaalse gaasi siseenergia selle temperatuurist, mahust ja molekulaarstruktuurist.

* Valemi tuletamine

Molekuli keskmine kineetiline energia \ (~ \ vasak \ langle W_k \ right \ range = \ dfrac (i) (2) \ cdot k \ cdot T \).

Molekulide arv gaasis \ (~ N = \ dfrac (m) (M) \ cdot N_A \).

Seetõttu ideaalse gaasi siseenergia

\ (~ U = N \ cdot \ vasak \ langle W_k \ parem \ rangle = \ dfrac (m) (M) \ cdot N_A \ cdot \ dfrac (i) (2) \ cdot k \ cdot T. \)

Võttes seda arvesse k⋅N A = R on universaalne gaasikonstant, meil on

\ (~ U = \ dfrac (i) (2) \ cdot \ dfrac (m) (M) \ cdot R \ cdot T \) on ideaalse gaasi siseenergia.

Muutus sisemises energias

Praktiliste küsimuste lahendamisel ei mängi olulist rolli mitte sisemine energia ise, vaid selle muutus Δ U = U 2 - U 1 . Siseenergia muutus arvutatakse energia jäävuse seaduste alusel.

Keha siseenergiat saab muuta kahel viisil:

1. Kui pühenduda mehaaniline töö... a) Kui väline jõud põhjustab keha deformatsiooni, siis muutuvad temast koosnevate osakeste vahelised kaugused ja sellest tulenevalt muutub ka osakeste potentsiaalne vastasmõju energia. Lisaks muutub mitteelastsete deformatsioonide korral kehatemperatuur, st. osakeste soojusliikumise kineetiline energia muutub. Aga kui keha on deformeerunud, siis tehakse tööd, mis on keha siseenergia muutumise mõõdupuu. b) Keha siseenergia muutub ka mitteelastsel kokkupõrkel teise kehaga. Nagu varem nägime, väheneb kehade mitteelastsel kokkupõrkel nende kineetiline energia, see muutub siseenergiaks (näiteks kui lüüa mitu korda haamriga alasil lebavale traati, siis traat kuumeneb). Keha kineetilise energia muutumise mõõt on kineetilise energia teoreemi järgi mõjuvate jõudude töö. See töö võib olla ka siseenergia muutuste mõõdupuu. c) Keha siseenergia muutus toimub hõõrdejõu mõjul, kuna kogemusest teadaolevalt kaasneb hõõrdumisega alati ka hõõrdekehade temperatuuri muutus. Hõõrdejõu töö võib olla siseenergia muutumise mõõdik.
2. Abiga soojusülekanne... Näiteks kui keha asetada põleti leeki, muutub selle temperatuur, mistõttu muutub ka tema siseenergia. Tööd siin aga ei tehtud, sest polnud näha ei keha enda ega selle osade liikumist.

Süsteemi siseenergia muutmist ilma tööd tegemata nimetatakse soojusvahetus(soojusülekanne).

Soojusülekannet on kolme tüüpi: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus.

a) Soojusjuhtivus nimetatakse soojusvahetuse protsessiks kehade (või kehaosade) vahel nende otsese kokkupuute ajal, mis on tingitud kehaosakeste termilisest kaootilisest liikumisest. Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on tahke aine molekulide vibratsiooni amplituud. Gaaside soojusjuhtivus tuleneb energiavahetusest gaasimolekulide vahel nende kokkupõrke ajal. Vedelike puhul töötavad mõlemad mehhanismid. Aine soojusjuhtivus on maksimaalne tahkes olekus ja minimaalne gaasilises olekus.

b) Konvektsioon tähistab soojusülekannet kuumutatud vedeliku või gaasi voogude kaudu mõnest ruumiosast, mille nad hõivavad, teistele.

c) Soojusülekanne kl kiirgust teostatakse eemalt elektromagnetlainete abil.

Vaatleme üksikasjalikumalt sisemise energia muutmise viise.

Mehaaniline töö

Termodünaamilisi protsesse käsitledes ei võeta arvesse makrokehade mehaanilist liikumist tervikuna. Töö mõiste on siin seotud keha mahu muutumisega, s.o. makrokeha liikuvad osad üksteise suhtes. See protsess viib osakeste vahelise kauguse muutumiseni ja sageli ka nende liikumiskiiruse muutumiseni, seega ka keha siseenergia muutumiseni.

Isobaarne protsess

Vaatleme kõigepealt isobaarilist protsessi. Liikuva kolviga silindris olgu gaas temperatuuril T 1 (joonis 1).

Kuumutame gaasi aeglaselt temperatuurini T 2. Gaas paisub isobaariliselt ja kolb liigub oma positsioonist välja 1 asendisse 2 kaugus Δ l... Sel juhul teeb gaasi rõhu jõud töö välistele kehadele. Sest lk= const, siis survejõud F = p⋅S ka konstantne. Seetõttu saab selle jõu töö arvutada valemiga

\ (~ A = F \ cdot \ Delta l = p \ cdot S \ cdot \ Delta l = p \ cdot \ Delta V, \)

kus Δ V- gaasi mahu muutus.

• Kui gaasi maht ei muutu (isohooriline protsess), siis on gaasi töö null.

• Gaas teeb tööd ainult selle mahu muutmise protsessis.

Laiendamisel (Δ V> 0) gaasi, tehakse positiivne töö ( A> 0); kokkusurumisel (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (A < 0).

• Kui arvestada välisjõudude tööd A " (A " = –A), seejärel koos laiendusega (Δ V> 0) gaas A " < 0); при сжатии (ΔV < 0) A " > 0.

Kirjutame Clapeyroni-Mendelejevi võrrandi kahe gaasi oleku jaoks:

\ (~ p \ cdot V_1 = \ nu \ cdot R \ cdot T_1, \; \; p \ cdot V_2 = \ nu \ cdot R \ cdot T_2, \)

\ (~ p \ cdot (V_2 - V_1) = \ nu \ cdot R \ cdot (T_2 - T_1). \)

Seetõttu jaoks isobaarne protsess

\ (~ A = \ nu \ cdot R \ cdot \ Delta T. \)

Kui ν = 1 mol, siis Δ juures Τ = 1 К saame selle R arvuliselt võrdne A.

Siit järgneb universaalse gaasikonstandi füüsikaline tähendus: see on arvuliselt võrdne 1 mooli ideaalse gaasi tööga, kui seda kuumutatakse isobaariliselt 1 K võrra.

Mitteisobaarne protsess

Diagrammil lk (V) isobaarses protsessis on töö võrdne joonisel 2 kujutatud varjutatud ja ristküliku pindalaga.

Kui protsess mitte isobaariline(joonis 2, b), siis funktsiooni kõver lk = f(V) võib esitada katkendliku joonena, mis koosneb suurest hulgast isohooridest ja isobaaridest. Isohooriliste lõikude töö on null ja kõigi isobaariliste lõikude kogutöö on võrdne

\ (~ A = \ lim _ (\ Delta V \ kuni 0) \ summa ^ n_ (i = 1) p_i \ cdot \ Delta V_i \) või \ (~ A = \ int p (V) \ cdot dV, \ )

need. saab olema võrdne varjutatud joonise ala.

Kell isotermiline protsess (T= const) töö on võrdne joonisel 2 näidatud varjutatud joonise pindalaga c.

Töö on võimalik määrata viimase valemi abil ainult siis, kui on teada, kuidas muutub gaasirõhk selle ruumala muutumisel, s.t. funktsiooni vorm on teada lk = f(V).

Seega on näha, et isegi gaasimahu sama muutuse korral sõltub töö gaasi algolekust lõppolekusse ülemineku meetodist (st protsessist: isotermiline, isobaarne ...) üks. Seetõttu võime järeldada, et

• Töö termodünaamikas on protsessi, mitte oleku funktsioon.

Soojuse kogus

Nagu teate, toimub erinevate mehaaniliste protsesside käigus mehaanilise energia muutus W... Mehaanilise energia muutumise mõõt on süsteemile rakendatavate jõudude töö:

\ (~ \ Delta W = A. \)

Soojusvahetusega toimub muutus keha siseenergias. Siseenergia muutuse mõõt soojusvahetuse käigus on soojushulk.

Soojuse kogus on siseenergia muutuse mõõt soojusvahetuse protsessis.

Seega iseloomustavad nii töö kui ka soojushulk energia muutumist, kuid ei ole identsed siseenergiaga. Need ei iseloomusta süsteemi enda olekut (nagu seda teeb siseenergia), vaid määravad energia ülemineku protsessi ühelt tüübilt teisele (ühest kehast teise) oleku muutumisel ja sõltuvad sisuliselt protsessi olemusest. .

Peamine erinevus töö ja soojuse vahel on see

• töö iseloomustab süsteemi siseenergia muutumise protsessi, millega kaasneb energia muundumine ühest tüübist teise (mehaanilisest sisemiseks);
• soojushulk iseloomustab siseenergia ülekandmise protsessi ühelt kehalt teisele (rohkemalt kuumutatult vähem kuumutatud), millega ei kaasne energia muundumisi.

Küte (jahutus)

Kogemused näitavad, et massiga keha soojendamiseks vajalik soojushulk m temperatuurist T 1 temperatuurini T 2, arvutatakse valemiga

\ (~ Q = c \ cdot m \ cdot (T_2 - T_1) = c \ cdot m \ cdot \ Delta T, \)

kus c- aine erisoojusmahtuvus (tabeliväärtus);

\ (~ c = \ dfrac (Q) (m \ cdot \ Delta T). \)

Erisoojuse SI ühik on džaul kilogrammi kelvini kohta (J / (kg K)).

Erisoojus c arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb edastada 1 kg kaaluvale kehale, et seda kuumutada 1 K võrra.

Lisaks erisoojusmahtuvusele arvestatakse ka suurust nagu keha soojusmahtuvus.

Soojusmahtuvus keha C on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik kehatemperatuuri muutmiseks 1 K võrra:

\ (~ C = \ dfrac (Q) (\ Delta T) = c \ cdot m. \)

Keha soojusmahtuvuse ühik SI-des on džauli kelvini kohta (J / K).

Aurustumine (kondensatsioon)

Vedeliku konstantsel temperatuuril auruks muutmiseks on vaja kulutada teatud kogus soojust

\ (~ Q = L \ cdot m, \)

kus L- aurustumiserisoojus (tabeliväärtus). Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust.

Eriaurumissoojuse SI ühik on džauli kilogrammi kohta (J / kg).

Sulamine (kristallisatsioon)

Selleks, et sulatada kristalliline keha massiga m sulamistemperatuuril on vaja kehale edastada soojushulk

\ (~ Q = \ lambda \ cdot m, \)

kus λ - erisulamissoojus (tabeliväärtus). Kui keha kristalliseerub, eraldub sama palju soojust.

Erisulamissoojuse SI ühik on džauli kilogrammi kohta (J / kg).

Kütuse põletamine

Kütuse täielikul põlemisel massist vabanev soojushulk m,

\ (~ Q = q \ cdot m, \)

kus q- eripõlemissoojus (tabeliväärtus).

Konkreetse kütteväärtuse SI-ühik on džauli kilogrammi kohta (J / kg).

Kirjandus

Aksenovich L.A. Füüsika keskkoolis: teooria. Ülesanded. Testid: Õpik. toetus asutustele, kes pakuvad obs. keskkonnad, haridus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004. - lk 129-133, 152-161.

Kui pumbata korgiga suletud paksuseinalisse purki, mille põhi on kaetud veega, siis mõne aja pärast lendab kork purgist välja ja purki tekib udu. Kork lendas purgist välja, sest seal olnud õhk mõjus sellele teatud jõuga. Õhk, kui pistik välja lendas, tegi oma töö ära. Teatavasti saab keha tööd teha, kui tal on energiat. Järelikult on purgi õhul energiat.

Kui õhk töötas, siis selle temperatuur langes ja olek muutus. Samal ajal ei muutunud õhu mehaaniline energia: ei muutunud selle kiirus ega asend Maa suhtes. Järelikult ei tehtud tööd mitte mehaanilise, vaid muu energia arvelt. See energia on purgis oleva õhu siseenergia.

Sisemine energia keha on selle molekulide liikumise kineetilise energia ja nende vastasmõju potentsiaalse energia summa. Kineetiline energia ( Ek) molekulidel on, kuna nad on liikumises, ja potentsiaalne energia ( Ep), kui nad omavahel suhtlevad. Sisemist energiat tähistatakse tähega U... Siseenergia ühik on 1 džaul (1 J). U = Eк + En.

Sisemise energia muutmise viisid

Mida suurem on molekulide liikumiskiirus, seda kõrgem on kehatemperatuur, seega ka siseenergia oleneb kehatemperatuurist ... Aine ülekandmiseks tahkest olekust vedelasse olekusse, näiteks jää muutmiseks veeks, peate seda energiaga varustama. Järelikult on vees rohkem siseenergiat kui sama massiga jääl ja seega ka sisemist energiat oleneb keha agregatsiooni seisundist .

Sisemist energiat saab muuta tööd tehes ... Kui pliitükki mitu korda haamriga lüüa, siis juba katsudes on tunda, et pliitükk kuumeneb. Järelikult suurenes selle siseenergia ja ka vasara siseenergia. See juhtus, kuna töötati pliitüki kallal.

Kui keha teeb seda tööd ise, siis tema siseenergia väheneb ja kui tema kallal tööd tehakse, siis siseenergia suureneb.

Kui klaasi külma vette valada kuum vesi, siis kuuma vee temperatuur langeb ja külma vee temperatuur tõuseb. Vaadeldavas näites mehaanilist tööd ei tehta, kehade siseenergia muutub võrra soojusülekanne, mida tõendab selle temperatuuri langus.

Kuuma vee molekulidel on rohkem kineetiline energia kui külma vee molekulidel. See kuuma vee molekulide energia kandub kokkupõrgetes üle külma vee molekulidele ja külma vee molekulide kineetiline energia suureneb. Sel juhul kuuma vee molekulide kineetiline energia väheneb.

Soojusülekanne See on viis keha siseenergia muutmiseks energia ülekandmisel ühest kehaosast teise või ühest kehast teise ilma tööd tegemata.

Kõikides meid ümbritsevates makroskoopilistes kehades on osakesed: aatomid või molekulid. Olles pidevas liikumises, omavad nad samaaegselt kahte tüüpi energiat: kineetiline ja potentsiaalne ning moodustavad keha siseenergia:

U = ∑ Е k + ∑ Е p

See kontseptsioon hõlmab ka elektronide, prootonite, neutronite vastastikmõju energiat.

Kas sisemist energiat on võimalik muuta

Selle muutmiseks on 3 võimalust:

• soojusülekande protsessi tõttu;
• mehaaniliste tööde tegemisega;
• keemiliste reaktsioonide läbiviimisel.

Vaatleme kõiki võimalusi üksikasjalikumalt.

Kui tööd teeb keha ise, siis hakkab tema siseenergia vähenema ja kui keha kallal tööd teha, siis siseenergia suureneb.

Lihtsaimad näited energia suurendamisest on hõõrdumise teel tule tekitamine:

• tinderi kasutamine;
• tulekivi kasutamine;
• vasteid kasutades.

Temperatuurimuutustega seotud termiliste protsessidega kaasnevad ka siseenergia muutused. Kui soojendate keha, suureneb selle energia.

Keemiliste reaktsioonide tulemuseks on üksteisest struktuuri ja koostise poolest erinevate ainete muundumine. Näiteks kütuse põlemise protsessis tekib pärast vesiniku ühendamist hapnikuga süsinikmonooksiid. Vesinikkloriidhappe ühinemisel tsingiga eraldub vesinik ja vesiniku põlemise tulemusena veeaur.

Keha siseenergia muutub ka elektronide ülemineku tõttu ühelt elektronkihilt teisele.

Kehade energia - sõltuvus ja omadused

Siseenergia on keha termilise oleku tunnusjoon. See sõltub:

• agregatsiooni olek ja muutused keemise ja aurustumise, kristalliseerumise või kondenseerumise, sulamise või sublimatsiooni käigus;
• kehakaal;
• kehatemperatuur, mis iseloomustab osakeste kineetilist energiat;
• omamoodi aine.

Monatoomilise ideaalgaasi siseenergia

Ideaalis koosneb see energia iga osakese kineetilisest energiast, mis liigub juhuslikult ja pidevalt, ja nende vastasmõju potentsiaalsest energiast konkreetses kehas. See juhtub temperatuurimuutuse tõttu, mida kinnitavad Joule'i katsed.

Monatoomilise gaasi siseenergia arvutamiseks kasutage võrrandit:

Kus, olenevalt temperatuurimuutusest, muutub siseenergia (temperatuuri tõustes suureneb ja temperatuuri langusega väheneb). Siseenergia on oleku funktsioon.

Nende interaktsioonid.

Siseneb sisemine energia energia muundumiste tasakaal looduses. Pärast sisemise energia avastamist see sõnastati energia jäävuse ja muundamise seadus. Vaatleme mehaaniliste ja sisemiste energiate vastastikust teisenemist. Laske plii kuulil toetuda pliiplaadile. Tõstame selle üles ja laseme lahti. Palli tõstes andsime sellele potentsiaalset energiat. Kui pall kukub, siis see väheneb, kuna pall vajub järjest madalamale. Kuid kiiruse suurenemisega suureneb palli kineetiline energia järk-järgult. Sfääri potentsiaalne energia muundatakse kineetiliseks energiaks. Siis aga tabas pall juhtplaati ja jäi seisma. Nii selle kineetiline kui ka potentsiaalne energia plaadi suhtes võrdus nulliga. Palli ja plaati pärast kokkupõrget uurides näeme, et nende olek on muutunud: pall on veidi lamenenud ja plaadile tekkis väike mõlk; nende temperatuuri mõõtes leiame, et nad on soojenenud.

Kuumutamine tähendab kehamolekulide keskmise kineetilise energia suurenemist. Deformatsiooni käigus muutub kehaosakeste omavaheline paigutus, mistõttu muutub ka nende potentsiaalne energia.

Seega võib väita, et kuuli löögi tulemusena plaadile muundub mehaaniline energia, mis pallil katse alguses oli. keha siseenergia.

Siseenergia vastupidist üleminekut mehaaniliseks ei ole raske jälgida.

Näiteks kui võtta paksu seinaga klaasnõu ja pumbata sinna õhku läbi korgis oleva augu, siis mõne aja pärast lendab kork anumast välja. Sel hetkel tekib laevas udu. Udu tekkimine tähendab, et õhk laevas on muutunud külmemaks ja seetõttu on selle siseenergia vähenenud. Seda seletatakse asjaoluga, et anumas olev suruõhk, surudes korgi välja (st paisudes), tegi selle töö ära, vähendades oma sisemist energiat. Pistiku kineetiline energia on suurenenud tänu suruõhu siseenergiale.

Seega on üks keha siseenergia muutmise viise keha (või teiste kehade) molekulide poolt sellel kehal tehtav töö. Sisemise energia muutmise viis ilma tööd tegemata on soojusülekanne.

Ideaalse monoatomilise gaasi siseenergia.

Kuna ideaalsed gaasimolekulid ei interakteeru üksteisega, siis eeldatakse, et nende potentsiaalne energia on null. Ideaalse gaasi siseenergia määrab ainult selle molekulide juhusliku translatsioonilise liikumise kineetiline energia. Selle arvutamiseks peate korrutama ühe aatomi keskmise kineetilise energia aatomite arvuga ... Võttes seda arvesse k N A = R, saame ideaalse gaasi siseenergia väärtuse:

.

Ideaalse üheaatomilise gaasi siseenergia on otseselt võrdeline selle temperatuuriga. Kui kasutame Clapeyroni-Mendelejevi võrrandit, võib ideaalse gaasi siseenergia avaldise esitada järgmiselt:

.

Tuleb märkida, et ühe aatomi keskmise kineetilise energia avaldise kohaselt ja liikumise juhuslikkuse tõttu iga kolme võimaliku liikumissuuna või igaühe puhul vabaduse aste, piki telge X, Y ja Z on sama energiaga.

Vabadusastmete arv Kas molekuli võimalike sõltumatute liikumissuundade arv.

Gaasi, mille iga molekul koosneb kahest aatomist, nimetatakse kaheaatomiliseks. Iga aatom võib liikuda kolmes suunas, seega on võimalike liikumissuundade koguarv 6. Molekulidevahelise sideme tõttu väheneb vabadusastmete arv ühe võrra, mistõttu kaheaatomilise molekuli vabadusastmete arv on viis.

Kaheaatomilise molekuli keskmine kineetiline energia on. Seega on ideaalse kaheaatomilise gaasi siseenergia võrdne:

.

Ideaalse gaasi siseenergia valemeid saab üldistada:

.

kus i Kas gaasimolekulide vabadusastmete arv ( i= 3 üheaatomilise ja i= 5 kaheaatomilise gaasi jaoks).

Ideaalsete gaaside puhul sõltub siseenergia ainult ühest makroskoopilisest parameetrist - temperatuurist ja ei sõltu mahust, kuna potentsiaalne energia on null (ruumala määrab molekulide keskmise kauguse).

Päris gaaside potentsiaalne energia ei ole null. Seetõttu määravad siseenergia termodünaamikas üldiselt üheselt nende kehade olekut iseloomustavad parameetrid: ruumala. (V) ja temperatuur (T).

Praktiliste küsimuste lahendamisel ei mängi olulist rolli mitte sisemine energia ise, vaid selle muutus Δ U = U 2 - U 1 . Siseenergia muutus arvutatakse energia jäävuse seaduste alusel.

Keha siseenergiat saab muuta kahel viisil:

1. Pühendumisel mehaaniline töö.

a) Kui väline jõud põhjustab keha deformatsiooni, siis muutuvad temast koosnevate osakeste vahelised kaugused ja sellest tulenevalt muutub ka osakeste potentsiaalne vastasmõju energia. Lisaks muutub mitteelastsete deformatsioonide korral kehatemperatuur, st. osakeste soojusliikumise kineetiline energia muutub. Aga kui keha on deformeerunud, siis tehakse tööd, mis on keha siseenergia muutumise mõõdupuu.

b) Keha siseenergia muutub ka mitteelastsel kokkupõrkel teise kehaga. Nagu varem nägime, väheneb kehade mitteelastsel kokkupõrkel nende kineetiline energia, see muutub siseenergiaks (näiteks kui lüüa mitu korda haamriga alasil lebavale traati, siis traat kuumeneb). Keha kineetilise energia muutumise mõõt on kineetilise energia teoreemi järgi mõjuvate jõudude töö. See töö võib olla ka siseenergia muutuste mõõdupuu.

c) Keha siseenergia muutus toimub hõõrdejõu mõjul, kuna kogemusest teadaolevalt kaasneb hõõrdumisega alati ka hõõrdekehade temperatuuri muutus. Hõõrdejõu töö võib olla siseenergia muutumise mõõdik.

2. Kasutades soojusülekanne... Näiteks kui keha asetada põleti leeki, muutub selle temperatuur, mistõttu muutub ka tema siseenergia. Tööd siin aga ei tehtud, sest polnud näha ei keha enda ega selle osade liikumist.

Süsteemi siseenergia muutmist ilma tööd tegemata nimetatakse soojusvahetus(soojusülekanne).

Soojusülekannet on kolme tüüpi: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus.

a) Soojusjuhtivus nimetatakse soojusvahetuse protsessiks kehade (või kehaosade) vahel nende otsese kokkupuute ajal, mis on tingitud kehaosakeste termilisest kaootilisest liikumisest. Mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on tahke aine molekulide vibratsiooni amplituud. Gaaside soojusjuhtivus tuleneb energiavahetusest gaasimolekulide vahel nende kokkupõrke ajal. Vedelike puhul töötavad mõlemad mehhanismid. Aine soojusjuhtivus on maksimaalne tahkes olekus ja minimaalne gaasilises olekus.

b) Konvektsioon tähistab soojusülekannet kuumutatud vedeliku või gaasi voogude kaudu mõnest ruumiosast, mille nad hõivavad, teistele.

c) Soojusülekanne kl kiirgust teostatakse eemalt elektromagnetlainete abil.

Vaatleme üksikasjalikumalt sisemise energia muutmise viise.

Soojuse kogus

Nagu teate, toimub erinevate mehaaniliste protsesside käigus mehaanilise energia muutus W... Mehaanilise energia muutumise mõõt on süsteemile rakendatavate jõudude töö:

Soojusvahetusega toimub muutus keha siseenergias. Siseenergia muutuse mõõt soojusvahetuse käigus on soojushulk.

Soojuse kogus on siseenergia muutuse mõõt soojusvahetuse protsessis.

Seega iseloomustavad nii töö kui ka soojushulk energia muutumist, kuid ei ole identsed siseenergiaga. Need ei iseloomusta süsteemi enda olekut (nagu seda teeb siseenergia), vaid määravad energia ülemineku protsessi ühelt tüübilt teisele (ühest kehast teise) oleku muutumisel ja sõltuvad sisuliselt protsessi olemusest. .

Peamine erinevus töö ja soojuse vahel on see

§ töö iseloomustab süsteemi siseenergia muutumise protsessi, millega kaasneb energia muundumine ühest liigist teise (mehaanilisest siseenergiasse);

§ soojushulk iseloomustab siseenergia ülekandmise protsessi ühelt kehalt teisele (rohkemalt kuumutatult vähem kuumutatud), millega ei kaasne energia muundumisi.

§ Soojusmahtuvus, soojushulk, mis kulub temperatuuri muutmiseks 1 °C võrra. Rangema määratluse järgi soojusmahtuvus- termodünaamiline suurus, mis määratakse järgmise avaldise abil:

Kus Δ K- soojushulk, millest süsteemi teatab ja mille Delta muudab selle temperatuuri; T. Lõpliku erinevuse suhe Δ K/ ΔТ nimetatakse keskmiseks soojusmahtuvus, lõpmata väikeste suuruste suhe d Q / dT- tõsi soojusmahtuvus... Alates d K ei ole siis olekufunktsiooni totaalne diferentsiaal soojusmahtuvus oleneb üleminekuteest süsteemi kahe oleku vahel. Eristama soojusmahtuvus süsteem tervikuna (J / K), spetsiifiline soojusmahtuvus[J / (g · K)], molaarne soojusmahtuvus[J / (mol · K)]. Kõik alltoodud valemid kasutavad molaarseid koguseid soojusmahtuvus.

32. küsimus:

Sisemist energiat saab muuta kahel viisil.

Soojushulk (Q) on keha siseenergia muutus, mis tekib soojusülekande tulemusena.

Soojushulka mõõdetakse SI ühikutes džaulides.
[Q] = 1 J.

Aine erisoojusmahtuvus näitab, kui palju soojust on vaja antud aine massiühiku temperatuuri muutmiseks 1 °C võrra.
Erisoojuse SI ühik:
[c] = 1J / kg · kraadi C.

33. küsimus:

33 Termodünaamika esimene seadus, süsteemi poolt vastuvõetud soojushulk, kasutatakse selle siseenergia muutmiseks ja väliskehadega töötamiseks. dQ = dU + dA, kus dQ on elementaarne soojushulk, dA on elementaartöö, dU on siseenergia juurdekasv. Termodünaamika esimese seaduse rakendamine isoprotsessidele
Termodünaamiliste süsteemidega toimuvate tasakaaluprotsesside hulgast paistavad silma isoprotsessid, mille juures oleku üks peamisi parameetreid jääb konstantseks.
Isokooriline protsess (V= konst). Selle protsessi skeem (isohooria) koordinaatides R, V kujutatud sirgjoonega, mis on paralleelne ordinaatteljega (joonis 81), kus protsess 1-2 on isohooriline küte ja 1 -3 - isohooriline jahutamine. Isohoorilises protsessis ei tööta gaas väliskehadel, Isotermiline protsess (T= konst). Nagu §-s 41 juba märgitud, kirjeldab isotermilist protsessi Boyle-Mariotte'i seadus
, et temperatuur gaasi paisumise ajal ei langeks, on vaja isotermilise protsessi käigus anda gaasile soojushulk, mis on võrdne välise paisumistööga.

34. küsimus:

34 Adiabaatiline nimetatakse protsessiks, milles soojusvahetus puudub ( dQ = 0) süsteemi ja keskkonna vahel. Kõik kiired protsessid võib liigitada adiabaatilisteks protsessideks. Näiteks heli levimise protsessi keskkonnas võib pidada adiabaatiliseks protsessiks, kuna helilaine levimiskiirus on nii suur, et laine ja keskkonna vaheline energiavahetus ei jõua toimuda. Adiabaatilisi protsesse kasutatakse sisepõlemismootorites (silindrites põleva segu paisumine ja kokkutõmbumine), külmutusseadmetes jne.
Termodünaamika esimesest seadusest ( dQ = d U + dA) adiabaatilise protsessi puhul järeldub sellest, et
p / С V = γ, leiame

Integreerides võrrandi vahemikus p 1 kuni p 2 ja vastavalt V 1 kuni V 2 ning võimendades, saame avaldise

Kuna olekud 1 ja 2 valitakse meelevaldselt, saame kirjutada