Термодинамика

(например, газ) и называющиеся макросистемами.
Рассмотрение поведения макросистем на основе законов

Однако, именно огромное число частиц системы позволяет ввести так называемые термодинамические параметры (например Т и Р), которые характеризуют макросистему и при неизменных условиях остаются постоянными с огромной точностью.

Изучением поведения таких систем занимается термодинамика (общая теория теплоты) и молекулярная (статистическая) физика.

Термодинамика – не исследует саму природу теплоты и не интересуется конкретным строением вещества. Выводы термодинамики основаны на ряде постулатов, которые называются началами и представляют собой обобщение опытных данных.

Молекулярная (статистическая) физика – исходит из представлений о молекулярном строении вещества и позволяет объяснить свойства макросистем, как результат суммарного эффекта от действий отдельных молекул. Используемый статистический метод позволяет определять средние значения величин, характеризующие отдельные частицы, которые по сути и являются термодинамическими параметрами.

– время релаксации).
Равновесное состояние можно представить точкой на диаграмме,

Набор термодинамических параметров (обычно это давление Р, объём V и температура T) характеризуют состояние системы.

При неизменных внешних условиях, когда все термодинамические параметры имеют определённые и постоянные значения для любой части макросистемы это состояние называется равновесным.

Уравнение состояния системы – уравнение связывающее термодинамические параметры в той или иной модели.

другое) происходит в общем случае через последовательность неравновесных состояний.
Если

Квазистатический (равновесный) процесс

Квазистатический процесс может быть изображён линией на диаграмме (например, на диаграмме p,V).

Стрелка показывает направление процесса.

Равновесный процесс может быть проведён в обратном направлении через ту же совокупность равновесных состояний, т.е. по той же кривой но в обратном направлении.

Квазистатические (равновесные) процессы обратимы.

Неравновесные процессы – необратимы.

Неравновесное состояние нельзя изобразить точкой на диаграмме (например, p, V)

Неравновесный (необратимый) процесс нельзя изобразить линией на диаграмме.

числе очень быстро) можно приближённо считать квазистатическими.
Например процессы расширения

Уравнение состояния системы – уравнение связывающее термодинамические параметры в той или иной модели.

- универсальная газовая постоянная
В 1 моле содержится
Масса моля,

Идеальный газ – это газ, уравнение состояния которого даётся уравнением Клапейрона

Молекулы идеального газа – жёсткие сферы взаимодействующие друг с другом только путём упругих соударений

Полный объём молекул идеального газа – много меньше объёма сосуда в который заключён газ.

Свойства идеального газа

вещества взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания, которые

1. Любое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул и атомов.

2. Атомы или молекулы вещества находятся в состоянии беспорядочного движения , которое никогда не прекращается.

Эти положения являются обобщением многочисленных наблюдений и экспериментальных фактов.

действуют только консервативные силы.
Диссипативные силы
(силы трения)
Механическая энергия

Выделяется тепло

Опыты показали (Майер, Джоуль, Гельмгольц)

Принцип сохранения энергии остаётся справедливым и при наличии диссипативных сил, если учесть также внутреннюю энергию.

U
Работой А
Теплотой Q
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия складывается из
(1)

(2) Потенциальной энергии взаимодействия всех молекул системы;

(3) Внутренней энергии самих молекул, атомов, ядер.

Обычно интерес представляет изменение U и именно оно может быть измерено. Поэтому те составляющие внутренней энергии, которые не меняются (п.3), образуют некоторую постоянную, с точностью до которой определяется U.

Пример: для идеального газа U это кинетическая энергия всех его молекул

внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое
разности между

=

Внутренняя энергия – аддитивна:

если макросистема состоит из нескольких частей, то энергия межмолекулярного взаимодействия на границах этих частей (в тонком слое) можно пренебречь и считать, что внутренняя энергия системы равна сумме внутренних энергий её частей.

системой работу А’ внешними силами, либо путём теплопередачи.
Первое начало термодинамики
Пример:

Переход механической энергии направленного поступательного движения камня в энергию хаотического теплового движения атомов обоих тел.

Как с помощью механической работы произвести тепло (изменить внутреннюю энергию)?

С помощью трения и других диссипативных процессов.

А возможно ли обратное: получение механической энергии счёт внутренней?

По законам соударений упругих тел молекулы отлетают от поршня с меньшей скоростью

обратно совершается всегда в строго эквивалентных количествах.
Закон сохранения энергии,

первое начало термодинамики

Рассмотрим в качестве примера газ в цилиндре с подвижным поршнем,

Газ может обмениваться энергией с окружающими телами и при этом изменять свою внутреннюю энергию

за счёт совершения ими или им самим механической работы ΔA над внешними телами (поршнем).

Учитывая процессы теплообмена и совершения механической работы, закон сохранения энергии можно записать в виде

Изменение внутренней энергии тела (газа) ΔU равно разности сообщенного телу (газу) количества теплоты ΔQ и произведенной телом (газом) механической работы ΔА

непосредственно путём подвода или отвода тепловой энергии Δ Q,

если тело производит механическую работу над окружающими телами, т. е.

ΔQ считается положительным, если тепло передается от окружающей среды данному телу, т. е. за счет притока тепла ΔQ извне внутренняя энергия тела возрастает.

Если механическая энергия окружающих тел уменьшится, то ΔA < 0, при этом окружающая среда совершила работу — ΔA.

Закон можно переписать в виде

Первое начало термодинамики

Количество теплоты, сообщенное телу (ΔQ), идет на увеличение его внутренней энергии (ΔU) и на совершение телом работы (ΔA).