Глава 8. Основы термодинамики

Контрольные вопросы

1. Что изучает термодинамика? Какие три закона составляют ее основу?

2. Из каких компонентов складывается внутренняя энергия термодинамической системы?

3. Из каких составляющих состоит внутренняя энергия идеального газа?

4. Сформулируйте первое начало термодинамики и поясните его методологическое значение.

5. Как найти работу газа в любом элементарном процессе? Как вычислить его работу в конечном процессе?

6. Что понимается под теплоемкостью системы, удельной теплоемкостью вещества и молярной теплоемкостью?

7. Произведите анализ изопроцессов на основе первого начала термодинамики. Почему С _Рm > С_Vm?

8. Выведите уравнение Пуассона и проанализируйте адиабатический процесс на основе первого начала термодинамики.

9. Что значит равномерное распределение энергии по степени свободы? Запишите общие формулы для вычисления С _Рm и С_Vm на основе классической теории теплоемкости идеального газа.

10. Проанализируйте цикл тепловой машины и запишите формулу для нахождения КПД любого цикла.

11. Какова особенность цикла Карно? Чему равен КПД обратимого цикла Карно?

12. Приведите различные формулировки второго начала термодинамики.

13. Что такое энтропия? Как найти ее изменение в произвольном обратимом процессе?

14. В чем состоит статистический смысл второго начала термодинамики?

15. Поясните смысл выражения: «Энтропия есть мера обесцененности внутренней энергии системы».

Основные формулы

Внутренняя энергия одного моля идеального газа

,

где k - постоянная Больцмана, i - число степеней свободы движения молекулы газа, Т - температура, N_A - число Авогадро.

Молярная теплоемкость газа при постоянном объеме

,

где R - универсальная газовая постоянная.

Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении

.

1-е начало термодинамики

.

Работа газа при расширении

.

Теплоемкость термодинамической системы

.

Работа в изопроцессах:

а) при постоянном давлении (P = const)

;

б) при постоянной температуре (T = const)

;

в) при постоянном объеме (V = const)

;

г) адиабатический процесс (, где g = ) dQ = 0

Коэффициент полезного действия тепловой машины

,

где А - работа, Q ₁ - тепло полученное от нагревателя, Q ₂ - тепло отданное холодильнику.

Коэффициент полезного действия цикла Карно

,

где T ₁ - температура нагревателя, Т ₂ - температура холодильника.

Разность энтропий двух состояний А и В (изменение энтропии в процессе А ® В) определяется формулой