Menu
Термодинамика
Главная » Физика » Основные положения, законы и формулы » Термодинамика

Термодинамика - раздел физики, рассматривающий явления, связанные с взаимопревращением механической и внутренней энергий и передачей внутренней энергии от одного тела к другому. Термодинамической системой называется совокупность тел, выделенная для рассмотрения вопросов термодинамики. Изменение внутренней энергии AU может быть осуществлено двумя способами:

  • путем совершения над телом работы: сжатие, растяжение тела; работа механизмов: пилы, дрели;
  • путем сообщения телу теплоты, то есть через теплопередачу: нагревание в закрытом сосуде, нагревание жидкости.

Теплопередачей называется процесс перехода внутренней энергии от одного тела к другому без совершения над телом работы

Виды теплопередачи:

  • конвекция;
  • теплопроводность;
  • лучеиспускание

Конвекция - процесс передачи количества теплоты путем перемешивания холодных и теплых слоев жидкости или газа (центральное водяное отопление, ветры, морские течения, тяга в трубах, нагревание жидкости снизу сосуда).

Теплопроводность - процесс передачи количества теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой без перемещения частиц (металлы - хорошие проводники тепла; дерево, стекло, кожа - плохие; газы менее теплопроводны, чем жидкость => плохая теплопроводность.

Лучеиспускание — теплопередача через излучение с помощью электромагнитных волн (энергия, получаемая Землей от Солнца).

Количество теплоты AQ - количество энергии, переданной от тела телу в результате теплопередачи (без совершения работы).
Количество теплоты
Теплоемкость тела
Удельная теплоемкость
Рис. 39
Работа газа
A = pV
Работа А численно равна площади под графиком зависимости давления от объема (рис. 39).
Первый закон термодинамики
А - работа, совершаемая системой над внешними телами; А' - работа совершаемая внешними телами над системой.
I закон термодинамики, адиабатный процесс
U = - A
Адиабатным называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q = 0).
I закон термодинамики, изохорный процесс
I закон термодинамики, изотермический процесс
I закон термодинамики, изобарный процесс
(p = const)
Q = U + U + pV
Второй закон термодинамики: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы произвольно от тел более холодных к более нагретым:
При адиабатном процессе система может выполнять работу над внешними телами (расширение газа) только за счет своей внут-ренней энергии.
Если при адиабатном процессе внешние тела совершают работу над системой, то ее внутренняя энергия увеличивается.
КПД теплового двигателя
Тепловой двигатель состоит из нагревателя, холодильника и рабочего тела — газа или пара, который при расширении совершает работу (рис. 40).
Рис. 40
Пути повышения КПД теплового двигателя:
  • повышение температуры нагревателя;
  • понижение температуры холодильника;
  • уменьшение теплообмена;
  • уменьшение трения в машине
Работа теплового двигателя
A = QH - QX
Тепловой двигатель - устройство, превращающее внутреннюю энергию обычного или ядерного топлива в механическую энергию.
Фаза - физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей системы границей раздела (лед, вода, пар).
Фазовый переход - переход из одной фазы в другую, из одного агрегатного состояния в другое.
Изменение агрегатного состояния
Рис. 41
- температура, установившаяся в результате теплообмена.
Уравнение теплового баланса
Удельная теплота сгорания топлива
Удельная теплота парообразования
Удельная теплота плавления
Относительная влажность
Коэффициент поверхностного натяжения
Высота подъема жидкости в капилляре
Рис. 42
Точка, или температура плавления, - температура, при которой плавится (или отвердевает) кристаллическое тело при постоянном давлении. Аморфные тела (стекло, воск, парафин, вар) не имеют точки плавления.
Насыщенным называется пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью: число испарившихся молекул равно числу конденсирующихся =>концентрация пара в пространстве над жидкостью максимальна и не изменяется.