Термодинамические системы (ТДС)

Основное уравнение кинетической теории газов (уравнение Клаузиуса).

Основное уравнение молекулярно кинетической теории связывает параметры состояния газа с характеристиками движения молекул.

Для вывода уравнения используется статистический метод, то есть зная характеристики отдельных молекул газа (концентрация) можно найти - давление газа, характеристику всего газа.

Для вывода уравнения рассмотрим одноатомный идеальный газ. Молекулы движутся хаотически. Скорости молекул разные. Предположим, что число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упруги. Найдем давление на стенки сосуда, предположив, что газ находится в сосуде кубической формы с ребром . Давление ищем как усредненный результат ударов молекул газа о стенки сосуда.

	Изменение импульса молекулы за счет столкновения со стенкой равно .

1). По третьему закону Ньютона стенка получает импульс от каждой молекулы

2). За время площадки достигают только те молекулы, которые заключены в объеме

3). Число этих молекул в объеме равно

4). Число ударов о площадку равно .

5). При столкновении молекулы передают площадке импульс

Учитывая, что- сила, а - давление,

имеем для давления

(1)

Если в объеме газ содержит молекул, которые движутся со скоростями , то надо ввести понятие о среднеквадратичной скорости по формуле

. (2)

Тогда выражение (1) примет вид

- Основное уравнение кинетической теории газов.

Это уравнение можно преобразовать, замечая, что

Тогда

С другой стороны

Поэтому

Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул прямо пропорциональна температуре и не зависит от массы. При Т=0 = 0, движение молекул газа прекращается и давление равно нулю.

Абсолютная температура, Т – это мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа. Но это верно лишь при умеренных температурах, пока нет распада или ионизации молекул и атомов. Если число частиц в системе мало, то это тоже неверно, так как нельзя ввести понятие средней квадратичной скорости.

Из и следует

= .

Лекция 12
Первый закон термодинамики.

Термодинамика – наука о свойствах и взаимопревращениях энергии. В основе этой науки лежат два закона: Первый закон представляет закон сохранения энергии в приложении к процессам взаимного превращения теплоты и работы. Второй закон характеризует направление процессов, происходящих в термодинамических системах.

Под термодинамической системой (ТДС) понимается совокупность макроскопических объектов, обменивающихся энергией в форме работы или тепла друг с другом и с внешней средой.

В ТДС входят (рис.1): источник тепла А, могущий получать или отдавать энергию в виде тепла; рабочее тело Б, преобразующее тепло в работу или наоборот; тело Г, могущее отдавать или аккумулировать работу. Рабочее тело совершает преобразование тепла в работу или обратно. Рабочее тело – движущаяся материальная среда (жидкая или газообразная) играет роль посредника в процессах взаимопревращения тепла и работы.

Рис 1.

В качестве рабочего тела используется воздух, или газ, или продукты сгорания топлив. Для простоты в технической термодинамике в качестве рабочего тела применяется идеальный газ.

Важным свойством идеального газа является отсутствие вязкости, а его термодинамические свойства зависят только от строения молекул. Идеальные газы подразделяются на одноатомные, двух-, трех- и многоатомные.

Состояние идеального газа характеризуется давлением , удельным объемом и температурой . Давление измеряется барометрами (в области атмосферного давления), манометрами (высокое давление), вакуумметрами (низкое давление). Абсолютное давление равно , . Оно и используется при термодинамических расчетах.