Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
изменения - работе, введенные в механике, получают в термодинамике
дальнейшее развитие.
Необходимым условием совершения телом (или системой тел) работы является
перемещение тела под действием сил. О работе можно говорить только тогда,
когда происходит изменение механического состояния тела (или системы),
причем речь идет о перемещении макроскопических частей системы друг
относительно друга.
Различаются работа А, которая совершается системой над внешними телами, и
работа А' , которая совершается внешними телами над системой. Работа А
принимается положительной, работа А' -отрицательной, причем А - - А' .
Рассмотрим работу расширения газа, т.е. работу, которую газ совершает
против внешнего давления, создаваемого поршнем. Эле-
Определения, понятия и законы
111
ментарная работа АА определяется формулой
АА = p-AV , (2.2.3)
где р - внешнее давление, AV - приращение объема газа. Такой же формулой
выражается элементарная работа, совершаемая не только газом, но и любым
телом против внешнего давления.
При расширении газ совершает положительную работу против внешних сил ( AV
> 0). При сжатии газа совершается отрицательная работа ( AV < 0). Она
совершается теми внешними телами, которые создали внешнее давление.
Работа расширения при изменении объема газа от V\ до Vi равна сумме
элементарных работ. Например, в случае изобарного процесса, при котором р
= const , работа расширения
А = P (V2 - Fj), (2.2.4)
где V\ и Vi - начальный и конечный объемы газа. При изобарном расширении
работа изображается на р К-диаграмме площадью прямоугольника (рис.
2.2.1).
Работа расширения при любом процессе измеряется площадью на р К-
диаграмме, ограниченной кривой процесса, осью абсцисс и вертикальными
прямыми V = Vi и V = Vi (рис. 2.2.2.).
Работа, совершенная системой в том или ином процессе, является мерой
изменения ее энергии в этом процессе. Если над телом совершается работа,
то это может привести к увеличению любого ви-
112
Элементы термодинамики
да энергии данного тела, как внутренней, так и энергии упорядоченного
(поступательного) движения.
Существует также другая форма передачи энергии, при которой
осуществляется непосредственный обмен энергией между хаотически
движущимися частицами взаимодействующих тел. Процесс передачи энергии без
совершения работы называется теплообменом. Мерой энергии, переданной в
форме теплоты в процессе теплообмена, служит величина, называемая
количеством теплоты.
Теплота, как и работа, является не видом энергии, а формой ее передачи.
Теплота и работа обладают тем общим свойством, что они определены лишь в
процессе передачи, и их численные значения зависят от вида этого
процесса.
Теплоемкостью тела называется физическая величина, равная количеству
теплоты AQ , которое необходимо сообщить телу для нагревания его на один
градус:
Теплоемкость тела зависит от его массы, химического состава,
термодинамического состояния и вида того процесса, в котором телу
передается энергия в форме теплоты.
Удельной теплоемкостью с называется теплоемкость единицы массы
однородного вещества:
где т - масса вещества. Молярной теплоемкостью См называется теплоемкость
одного моля вещества:
(2.2.5)
АТ
С
с = - т
(2.2.6)
См=сМ ,
(2.2.7)
где М - молярная масса вещества. Удельная и молярная теплоемкости не
являются постоянными величинами и в таблицах теплоемкостей указываются
условия, при которых данные таблиц справед-
Определения, понятия и законы
113
ЛИВЫ.
Понятие об адиабатическом процессе. Адиабатическим процессом называется
термодинамический процесс, который осуществляется в системе без
теплообмена ее с внешними телами. При адиабатическом процессе AQ = 0;
теплоемкость вещества в таком процессе равна нулю.
Первый закон термодинамики - это закон сохранения энергии, обобщенный на
тепловые явления. Согласно этому закону, количество теплоты, полученное
системой, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение
системой работы против внешних сил:
Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Теплоемкость
одноатомного идеального газа при изохорном и изобарном процессах. Первый
закон термодинамики применительно к изотермическому процессу в идеальном
газе имеет вид AQ = А . Внутренняя энергия идеального газа при этом не
меняется, поскольку АТ = T2-Tt = 0 и AU = 0 . Вся подведенная теплота
расходуется на работу газа против внешнего давления.
При изохорном процессе количество теплоты AQ идет только на увеличение
внутренней энергии газа: AQ-AU , поскольку работу
газ не совершает. Теплоемкость газа в таком процессе называется
теплоемкостью при постоянном объеме и обозначается Су. Для одноатомного
идеального газа
При изобарном процессе количество теплоты, подводимое к газу, расходуется
и на увеличение внутренней энергии, и на работу расширения, которую
совершает газ против внешнего давления. Поскольку А = p-(V2 -Vt) = vRT2 -
vRTt = vRAT , теплоемкость идеального газа в таком процессе, называемая
