Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика" -> 31

Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика — Физматлит, 1970. — 565 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykurstermodinamika1970.djvu
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 240 >> Следующая

7. Приведенное выше термодинамическое определение внутренней энергии указывает принципиальный способ измерения этой величины. Для этого тело надо адиабатически изолировать и измерить работу, производимую над ним внешними силами, когда тело переходит по любому пути из нулевого состояния в рассматри-
58
ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
[ГЛ. II
ваемое или обратно. Таким путем можно найти внутреннюю энергию тела как функцию макроскопических параметров, характеризующих его состояние.
В результате тело будет «энергетически проградуировано», т. е. каждому состоянию его будет сопоставлено вполне определенное значение внутренней энергии. Такое тело может быть использовано в качестве калориметра для измерения внутренней энергии других тел. Всякий калориметр, в сущности, представляет собой тело, помещенное в жесткую адиабатическую оболочку и проградуированное по внутренней энергии. Таксе тело называют калориметрическим телом. В ту же оболочку могут помещаться другие тела, внутреннюю энергию которых требуется измерить. Калориметрическим телом может служить, например, определенная масса воды или другой жидкости. Внутренняя энергия жидкости практически зависит только от температуры, так как давление обычно поддерживается постоянным или меняется мало. Малые же изменения давления, ввиду малой сжимаемости жидкости, практически не сказываются на ее внутренней энергии. Измерение внутренней энергии тела в калориметре сводится к более удобной манипуляции — измерению температуры. Если температура тела, погруженного в калориметр, отличается от температуры калориметра, то начнется процесс выравнивания температур. Внутренние энергии тела и калориметра начнут меняться, пока в системе не установится общая температура. Внутренняя энергия, потерянная телом, будет равна внутренней энергии, полученной калориметром, так как тело и калориметр образуют замкнутую систему, энергия которой меняться не может. Таким образом, по изменению внутренней энергии калориметра можно судить об изменении внутренней энергии рассматриваемого тела. С изложенной здесь точки зрения классические работы Джоуля по определению механического эквивалента тепла сводятся к градуировке водяного калориметра в механических единицах энергии'.
§ 15. Количество тепла. Математическая формулировка первого начала термодинамики
1. Если система помещена в адиабатическую оболочку, то единственным способом изменить ее внутреннюю энергию является производство над ней макроскопической работы, что достигается путем изменения внешних параметров. Однако, если адиабатической изоляции нет, то изменение внутренней энергии возможно и без производства макроскопической работы. Так, при соприкосновении горячего и холодного тел внутренняя энергия переходит от горячего тела к холодному, хотя при этом макроскопическая работа и не совершается.
Процесс обмена внутренними энергиями соприкасающихся тел, не сопровождающийся производством макроскопической работы,
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРВОГО НАЧАЛА 59
называется теплообменом. Энергия, переданная телу окружающей средой в результате теплообмена, называется количеством тепла, или просто теплом, полученным телом в таком процессе.
Изменение внутренней энергии тела во время теплообмена, в сущности, обусловлено также работой каких-то внешних сил. Но это не есть макроскопическая работа, связанная с изменением внешних макроскопических параметров. Она является микроскопической работой, т. е. складывается из работ, производимых молекулярными силами, с которыми на молекулы и атомы тела действуют молекулы и атомы окружающей среды. Так, при приведении тела в контакт с горячим газом передача энергии от газа к телу осуществляется посредством столкновений молекул газа с молекулами тела.
2. Сформулируем математически первое начало термодинамики с учетом теплообмена. Пусть интересующая нас термодинамическая система 1 (рис. 15) находится в тепловом контакте с какой-то системой II. Вся система / + II заключена в адиабатическую оболочку, однако граница АВ между системами является теплопроводящей. При этих условиях система / +
//не может обмениваться теплом с окружающей средой, однако теплообмен между системами lull может происходить. Допустим далее, что оболочка, в которую заключена система II, жесткая, так что никакой работы система II производить не может. Система I, напротив, может совершать работу над окружающей средой. На схематическом рис. 15 система / изображена в виде цилиндра с подвижным теплонепроводящим поршнем. Стенки цилиндра — адиабатические, а дно А В может проводить тепло. Адиабатические стенки на рисунке изображены двойными линиями, проводящая перегородка АВ — сплошной линией.
Пусть система / + II перешла из произвольного состояния 1 в другое состояние 2, в результате чего совершена работа А ,.2 над внешними телами. Эту работу совершала только система I. Так как составная система / ! II адиабатически изолирована, то
Рис. 15.
где U — внутренняя энергия системы /, a U' — системы II. Поскольку нас интересует поведение только системы I, перепишем это соотношение так:
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 240 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed