Термодинамика - Базаров И.П.
Скачать (прямая ссылка):
1U ДАЧА
15.1. Определить понятия «порядок» и «хаос» и исходя из этого установить, какое движение жидкости более упорядоченное (менее хаотическое) — ламинарное или турбулентное. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В отличие от других разделов теоретической физики термодинамика является единственной общей физической теорией, которая, по убеждению А. Эйнштейна, «в рамках применимости своих основных положений никогда не будет опровергнута». Это обусловливается фундаментальностью законов термодинамики и выделяет ее среди остальных курсов теоретической физики.
Термодинамика состоит из ее основ и приложений. В основы входят исходные положения, основные законы (начала) и методы термодинамики. Приложения же термодинамики весьма многообразны. Важнейшим при изложении термодинамики является обсуждение ее исходных положений, определяющих рамки ее применимости. Именно вследствие недостаточной уясненности области применимости термодинамики был сделан в свое время вывод о тепловой смерти Вселенной.
Недостатком мнотих учебных курсов термодинамики является отсутс гвие в них глав, посвященных изложению методов термодинамики. Между тем овладение ими определяет успех как в усвоении студентами учебного материала, так и в умении решать задачи. Глубокому пониманию термодинамики способствует также анализ ошибок и заблуждений, известных из истории ее развития.
Классическая (равновесная) термодинамика получила в последние годы дальнейшее развитие па основе представления о локальном равновесии. В настоящее время построена термодинамика линейных неравновесных процессов и достигнуты большие успехи в изучении сильно неравновесных систем, что вселяет надежду на возможное решение проблемы возникновения живого.
Изложение неравновесной термодинамики составляет содержание специального курса, в рамках же курса классической термодинамики следует рассмотреть лишь элементы термодинамики неравновесных процессов. РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1.1. И) в юрою исходною положения іермодшіамики С. IСД) Є I, 410 при тепловом равновесии двух подсистем, определяемых параметрами U1. Ч і и и2. T2 соответственно их внутренние энергии будут U \ = U1 (<i,, 7"|). U 2 = Us {tli. 7%). и так как T1 = T2, ю
Г,(а„ U,)-T2(a2l L1). (!)
Следующая из опыта единственность распределения JHepi ии системы по ее частям приводит к тому, что при известных a,, а2. U2 уравнение (1) имеет только одно решение для U1. Это означает, что T1 {a,. U1) монотонная функция U1.
Из одновременности роста энергии частей системы при увеличении сс обшей знері ин вьлекаеі. Чio 'Z1, T2, 7\ и і. д. одновременно либо монотонно возрастающие, либо монотонно убывающие функции соответственно от Ut, U2. Uz и т д. Путем простого преобразования их можно сделать монотонно возрастающими и выбрать температурные функции T= Т{а, U) так, чтобы T росло с ростом U При таком выборе температурных функций производная (HUidT) для всех тел положительна.
1.2. Сосюянис сисіемьі определяется температурой T и внешними парамеї-рами а,,... а„ В выражение элементарной раит ы
дифференциал температуры (1) равен нулю ] Если б какой-либо функции состояния
входит [т. е коэффициент при AT в формуле выражение (1) было полным дифференциалом
ВТ
= 0.
что означало бы независимость обобщенных сил (например, температуры, а это противоречит исходному положению термодинамики о существовании уравнения состояния A = Alal,. . а„, Т)
1.3. Элементарная работа против сил давления равна SW= pdV. При />—consl работа W-P(V2-V1). где C1 и V2—со ответственно молярные объемы болы и пара Так как V2 У,, і о
W=pV2-pRTip = RT-m5J Дж.
Теплота испарення моля воды равна
Q-Xm-2258 18Дж-40624Дж (к теплота парообразования, равная для воды 2258 Дж/г) Разносгь Q — И7, значительно большая И', идет на работу против внутренних сил сцепления между молекулами жидкости при превращении ее в пар.
1.4. Зависимость намагниченности J Oi напряженности H магнитного поля в ферромагне і икс изображается на диаграмме II. J гистсрсзисной кривой (рис. 51). Элементарная работа намагничивания, равная
IO 3»к 8
289 bW= -IIdJ, изображается на этой диаграмме горизонтальной площадкой Работа за никл перем агнич HRa-ния сердечника соленоида, очевидно, равна
W= HdJ=-S, т. с. (со знаком минус) площади петли кривой гистерезиса на диаграмме H1 J.
1.5. В термодинамике работа считается положительной, если она совершается системой над внешними телами. Поэтому работа внешних источников при создании электрического поля в диэлектрике и работа диэлектрика при этом имеют разные знаки.
Определим элементарную работу изотропного диэлектрика при изменении в нем электрического смешения на d D. Раа.мотрим диэлектрик с диэлектрической проницаемостью є между пластинами площади S плоского конденсатора с расстоянием I между ними Вели на пластинах конденсатора находится заряд плотностью то электрическое смещение D и напряженность E в диэлектрике равны D=Ako, E = ATiaj є, разность потенциалов между обкладками f>2— Фі ~Ы—Ака1',г. При перенесении заряда de с одной пластины на другую внешние силы совершают работу (CP2-(Pi)Cle=Edde, поэтому работа диэлектрика равна
