Внутренняя энергия

С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий движущихся молекул (или атомов) относительно центра масс тела и потенциальной энергии взаимодействия всех молекул друг с другом (эта энергия очень мала).

Вычислить внутреннюю энергию практически невозможно. При больших давлениях расстояние между молекулами сокращается, их взаимодействие усиливается.

Поэтому в общем виде внутренняя энергия при измерении в макроскопических параметрах газа зависит не только от температуры, но и от давления.

U = f(T, p) 7

Теплоемкость (с).

Теплоемкость это: ___________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

- массовую - с, ____________________________;

- мольную — μс, __________________________;

- объемную — с',__________________________.

Пересчет различно выраженной теплоемкости ведется по формулам:

с' = с /υ; с = μс / μ 8

Из определения теплоемкости следует: с = q(Т₂ — Т₁) 9

где υ — ______________________________; μ — __________________________________;

q — ______________________________;(Т₂ — Т₁) — ____________________________.

Теплота q зависит от начального и конечного состояния системы, от характера процесса. В изохорном процессе (V = сonst) W = 0, а вся теплота расходуется на увеличение внутренней энергии системы: q = u₂ — u₁ 10

Подставим 9 в 10, получим: с_υ = (u₂ — u₁) /(Т₂ — Т₁) 11

Эта теплоемкость называется изохорной.

В изобарном процессе (p = const) подведенная теплота идет на увеличение внутренней энергии и совершении работы над внешними силами: q = (u₂ — u₁) + w, где w = р·(υ₂ — υ₁). Следовательно:

q = (u₂ + pυ₂) – (u₁ + pυ₁) 12

Выражения, стоящие в скобках, это знтальпии i, поэтому q = i₂ — i₁. Эта теплоемкость изобарная.

С_р = (i₂ — i₁) / (Т₂ — Т₁) 13

Эксперименты показывают, что с_р ≥ с_υ.

1. Идеальный газ и его законы.

В мол/кинетической теории идеальным газом называют газ, состоящий из молекул, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало. Большое число газов (воздух, азот, кислород, углекислый газ и др.) при давлении до нескольких десятков МПа и комнатной температуре подчиняется законам идеального газа.

Закон Бойля-Мариотта ( рис 5.1, б, в рV координатах).

В изотермическом процессе — Т = const — произведение газа на его объём есть величина постоянная. р·V = const 14

Для двух произвольных состояний газа весом в 1кг соотношение параметров идеального газа в изотермическом проц р₁υ₁ = р₂υ₂ 15

Закон Бойля — Мариотта справедлив для любых газов, а также для смесей газов.

Закон Гей — Люссака ( рис 5.1, в, в VТ координатах).

В изобарном процессе — р = const - V / T = const, 16

объём газа пропорционален его температуре υ₂ /υ₁ = Т₂ /Т₁ 17

Пунктир на графике означает, что газы при сильном охлаждении превращаются в жидкость, и уравнение 17 в данном случае неприменимо.

Закон Шарля (рис 5.1, г, в рТ координатах).

В изохорном процессе - V = const – p /T = const, давление данно массы газа прямо пропорционально его температуре: р₂ / р₁ = Т₂ / Т₁ 18