Количество теплоты, удельная теплоемкость вещества

Количество теплоты Q – количество энергии, получаемой или отдаваемой системой при теплообмене. Передается от белее нагретых к менее нагретым телам. Для изменения температуры различных тел на одну и ту же величину требуется разное количество теплоты Q = cmDT, где с – удельная теплоемкость.

Удельная теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для изменения его температуры на один Кельвин.

 

Работа в термодинамике.

Если газ находится под поршнем массой m, площадью сечения S, то давление газа определяется атмосферным давлением и давлением поршня.

P = P_атм + mg/S

Если газ расширяется и поршень поднимается на Dх, то работа силы давления положительна и равна А = F_gDх = PSDх, т.к. SDх = V₂ – V₁

                                            то А = P(V₂ – V₁)

В случае расширения работа газа положительна, в случае сжатия – отрицательна.

Работа силы давления при расширении газа

A = PS Dх

Работа внешней силы                                  

откуда                                  

Работа всегда зависит от характера процесса.

 

Закон сохранения и превращения энергии в тепловых процессах.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме количестве теплоты, сообщенного системе, и работы внешних сил, совершаемый над системой, т.е.

 

Работа внешних сил равна работе системы с обратным знаком:

откуда

Количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой механической работы.

 

Адиабатный процесс.

Адиабатный процесс – процесс в какой-либо системе, который происходит без обмена теплом с окружающей средой, т.е. Q = 0. Следовательно, DU = -A.

Адиабатное расширение газа сопровождается понижением его температуры, а адиабатное сжатие – повышением температуры.

На плоскости (p, V) процесс адиабатического расширения (или сжатия) газа изображается кривой, которая называется адиабатой. При адиабатическом расширении газ совершает положительную работу (A > 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа. Вследствие этого давление газа при адиабатическом расширении убывает быстрее, чем при изотермическом расширении (рис.).

Семейства изотерм (красные кривые) и адиабат (синие кривые) идеального газа.

В термодинамике выводится уравнение адиабатического процесса для идеального газа. В координатах (p, V) это уравнение имеет вид

pVγ = const.

Это соотношение называют уравнением Пуассона. Здесь γ = C_p / C_V – показатель адиабаты, C_p и C_V – теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом. Для одноатомного газа для двухатомного для многоатомного

Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры T₁ и T₂ начального и конечного состояний:

A = CV(T2 – T1).

Адиабатический процесс также можно отнести к изопроцессам. В термодинамике важную роль играет физическая величина, которая называется энтропией. Изменение энтропии в каком-либо квазистатическом процессе равно приведенному теплу ΔQ / T, полученному системой. Поскольку на любом участке адиабатического процесса ΔQ = 0, энтропия в этом процессе остается неизменной.

Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия. Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.