Лекция 2 Кинетическая теория равновесного идеального

систем из большого числа частиц, оперирует статистическими закономерностями и средними

Молекула является мельчайшей частицей вещества (диаметр ~ 310-11 м), сохраняющей все его химические свойства . Простейшие молекулы (содержащие только одно ядро), называются атомами.

молекула проходит без столкновения
– средняя арифметическая скорость молекулы,

Для большинства газов при нормальных условиях:

.

свойства термодинамической системы: давление (p), объем (V) температура (Т)
ДАВЛЕНИЕМ

ОБЪЕМ (V) определяется геометрическими размерами пространства, которое занимает рассматриваемое вещество (система)

ТЕМПЕРАТУРА системы (вещества), находящейся в равновесном состоянии, служит мерой интенсивности теплового движения атомов, молекул и других частиц, образующих систему (мера нагретости тела)

T = t (C) + 273,15 K

имеющих пренебрежимо малый собственный объем и не взаимодействующих друг с

Давление является макроскопическим проявлением теплового движения молекул.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ газов связывает давление и объем газов с энергией движения частиц (молекул)

где p – давление газа,
V – его объем

суммарная кинетическая энергия поступательного движения N молекул газа

равна
k1,3810-23 Дж/К -
Постоянная Больцмана
.
Термодинамическая температура является мерой средней

При одинаковых условиях (при одинаковых давлениях и температуре) различные идеальные газы содержат в равных объемах одно и то же количество молекул

Подставляем

Делим почленно на V, и учитывая, что:

закон Авогадро

 –молярная масса газа (масса одного моля),
m/ = - количество

R – универсальная газовая постоянная 8.31 Дж/моль К

Согласно закону Авогадро: 1 моль любого вещества содержит одно и то же число молекул (число Авогадро )NA=6,022 10-23 моль-1 и 1 моль идеального газа занимает при нормальных условиях объем V= 22,4 дм3= 22,410-3 м3

При постоянной массе газа и неизменной температуре произведение давления р

при Т=Const, m=Const
pV=Const - уравнение изотерм

Термодинамический процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим процессом

и неизменной массе отношение объема газа V к его температуре

при Р=Const, m=Const

Процесс, протекающий при постоянном давлении (р=Const), называется изобарным

газа отношение давления газа к его температуре постоянно
V=Const, m=Const
Процесс, протекающий

p1 , p2 ,…, pn входящих в нее газов
Парциальное

Барометрическая формула дает закон убывания давления с высотой h в поле силы тяжести Земли

Распределение Больцмана во внешнем потенциальной поле дает значение концентрации молекул на высоте

Джон Дальтон
1766-1844
английский физик

Уравнение Менделеева-Клапейрона
для смеси газов

наименьшее число координат (число независимых координат), которые нужно задать для

Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы: энергия молекулы равномерно распределяется между всеми степенями свободы, на каждую степень свободы молекулы в среднем приходится одинаковая кинетическая энергия, равная

Средняя энергия молекулы равна,
где i – число степеней свободы

систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между

Термодинамической системой называется совокупность макроскопических тел, которые могут обмениваться энергией между собой и окружающей средой.
Термодинамические системы, которые не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни веществом называются замкнутыми (изолированными).

Параметры состояния не всегда имеют определенные значения (одинаковые во всех точках системы). Состояние, в котором хотя бы один из параметров не имеет определенного значения, называется неравновесным.
Состояние термодинамической системы будет равновесным, если все параметры cостояния имеют определенные значения, не изменяющиеся с течением времени.

Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом

Основа термодинамического метода – определение состояния термодинамической системы – совокупности макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой).

системы (вещества) (т.е. является функцией состояния термодинамической системы) и включает

Внутренняя энергия

Для идеального газа учитывается только кинетическая энергия теплового поступательного и вращательного движения

РАБОТЫ и путем ТЕПЛООБМЕНА
Энергия, передаваемая при этом термодинамической системе внешними

Работу над системой производят внешние силы по изменению объема

Если p =const

Если в процессе изменения объема происходит изменение давления

же тела, нагретыми до различной температуры
Энергия (Q или Q), передаваемая

ТЕПЛОЕМКОСТЬЮ тела (вещества) называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы увеличить его температуру на один градус

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ вещества – теплоемкость единицы массы вещества

В зависимости от вида процесса изменения состояния вещества различают теплоемкость при постоянном давлении Сv и при постоянном объеме Сp

энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил
ПЕРВОЕ

Для изменения состояния системы, вызванного сообщением ей бесконечно малого количества теплоты Q

Если к системе подводится теплота, то δQ > 0

Если от системы отводится теплота, то δQ < 0

Если система совершает работу над внешними телами, то δA > 0

Если же над системой внешние силы совершают работу, то δA < 0

ГАЗАХ
Для изохорного процесса (V= Const) работа равна нулю, поскольку dV=0

В изохорном процессе количество теплоты, переданное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии, т.е. на увеличение температуры

Для изотермического процесса (Т=Const) dU=0

В изотермическом процессе все тепло, получаемое системой, расходуется на совершение системой работы.

ГАЗАХ
Для изобарного процесса (p=const)
Физический смысл R: численно равна работе,

Уравнение Майера:

ГАЗАХ
АДИАБАТНЫМ называется, термодинамический процесс, при котором система не обменивается теплом

Q=0

A–dU

Работа в адиабатном процессе совершается за счет убыли внутренней энергии системы

Уравнение адиабаты
Уравнение Пуассона

самопроизвольно не может переходить от тела с меньшей температурой к

2. Формулировка Томсона (Кельвина): невозможен такой периодический процесс единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу вследствие охлаждения тела

система, пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное
A>0, то

A<0, то цикл называется обратным

РАБОТА , равно как и ТЕПЛОТА — является функцией процесса,
который происходит с системой

Термодинамический процесс называется ОБРАТИМЫМ, если после его завершения в окружающей среде не произошло никаких изменений – физическая абстракция!

Все реальные процессы являются необратимыми!

двигателя
Цикл Сади Карно состоит из двух обратимых изотермических и двух

На участке 1-2 идеальный газ совершает работу по изотермическому расширению за счет теплоты Q1, полученной от нагревателя. Внутренняя энергия газа не изменяется, так как T1=const

На участке 2-3 – адиабатически расширяется: газ совершает работу за счет изменения внутренней энергии (Т2< T1)

На участке 3-4 изотермически сжимается при температуре Т2 (Т2=const) выделяющаяся теплота Q2 полностью передается холодильнику, внутренняя энергия не меняется.

На участке 4-1 при адиабатном сжатии работа идет на повышение внутренней энергии газа, теплоты идеальный газ не получает

обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и

для повышения к.п.д. тепловой машины нужно увеличивать температуру нагревателя и уменьшать температуру холодильника

к.п.д. тепловой машины всегда меньше 1!

ЭНТРОПИЯ замкнутой (теплоизолированной) системы не может убывать при любых происходящих

ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ

неравенство Клаузиуса

Энтропией S называется функция состояния системы и характеризует направление протекания процессов в термодинамической системе

Если система замкнутая (теплоизолированная), то изменение энтропии для
обратимого кругового процесса равно нулю S=0
необратимого - S>0

.