Первое начало термодинамики

Изменить внутреннюю энергию термодинамической системы можно двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена.

В любом случае: ∆U=U₂ – U₁ ∆U=Q₂ – Q₁

Работа считается положительной, если она совершается против внешних сил

Q = ∆U + A – первое начало термодинамики – теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и совершение работы против внешних сил – есть закон сохранения энергии.

Дифференциальная форма этого закона:

где δ Q – бесконечно малое количество теплоты; d U – бесконечно малое изменение энергии; δА – элементарная работа.

Найдем работу совершаемую газом при расширении. Рассмотрим газ, находящийся под площадью S в цилиндрическом сосуде. Газ, расширяясь совершает работу δА=Fdl=pSdl=pdV, где F – сила, с которой газ действует на поршень, dl –перемещение поршня. Произведенную работу можно изобразить графически с помощью кривой в координатах и V.

Рис.23 Рис.24

Элементарная работа равна pdV. Полная работа равна площади фигуры, ограниченной осью абсцисс, кривой p (V) и прямыми V ₁ и V ₂ или .

Теплоемкость

Удельная теплоемкость – физическая величина численно равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

, [Дж/кг· К]

Молярная теплоемкость – физическая величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К. Единица измерения [Дж/моль К].

Удельная теплоемкость связана с молярной соотношением

,

где М – молярная масса вещества.

В зависимости от условий нагревания различают теплоемкость при постоянном объеме и постоянном давлении.

Запишем первое начало термодинамики для 1 моля вещества с учетом уравнения Клапейрона-Менделеева, приведенного в дифференциальной форме ()

При постоянном объеме работа равна нулю и

Используя формулу внутренней энергии для одного моля (), получили

Если газ нагревается при постоянном давлении

и

Получили уравнение Майера. С _р всегда больше С _v на R – универсальную газовую постоянную.

При постоянном объеме теплота идет только на увеличение внутренней энергии, при постоянном давлении – на увеличение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: