Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
При любом виде теплообмена (11.2.2.4°) происходит обмен энергией непосредственно между хаотически движущимися частицами тел. При этом изменяются их внутренние энергии. Например, в процессе теплопроводности в неодинаково нагретом твердом теле частицы тела, находящиеся в более нагретых участках его, передают часть своей энергии частицам, расположенным в менее нагретых участках тела. В итоге происходит выравнивание температур различных участков тела и прекращение процесса теплопроводности.
Из предыдущего следует качественное различие и неравноценность работы и теплоты как форм передачи энергии. Часто Две эти формы передачи энергии существуют одновременно. Например, при нагревании газа в сосуде с подвижным поршнем
126
ГЛ. II.2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
одновременно происходит увеличение объема газа и совершается работа против внешнего давления.
7°. Открытой системой называется термодинамическая система, которая может обмениваться веществом с внешней средой. Примерами таких систем служат живые организмы.
Закрытая система не может обмениваться веществом с внешней средой.
Изолированной называется термодинамическая система, которая не может обмениваться с внешней средой ни энергией, ни веществом.
Замкнутой системой называется термодинамическая система, изолированная в механическом отношении, т. е. не способная к обмену энергией с внешней средой путем совершения работы.
8°. Термодинамическая система называется адиабатной (система изолированная в тепловом отношении), если не происходит теплообмена между системой и внешней средой. Такая система может совершать работу над внешними телами. Вместе с тем внешние силы могут совершать работу над системой. Примером может служить цилиндр с подвижным поршнем, наполненный газом и со всех сторон окруженный плотным слоем теплонепроницаемого войлока. Отсутствие теплообмена с внешней средой не исключает возможности газу совершать работу расширения (11.2.2.3°) и совершения над ним работы сжатия силами внешнего давления.
Система приближается по свойствам к адиабатной, если происходит столь быстрое изменение ее состояния, что за время процесса не успевает произойти теплообмен системы с внешней средой. Например, быстрое расширение газа, заключенного в баллоне, при кратковременном открытии крана.
§ И.2.3. Первый закон (первое начало) термодинамики
1°. Первый закон (первое начало) термодинамики: изменение внутренней энергии AU1 _ 2 закрытой системы, которое происходит в равновесном процессе перехода системы из состояния
1 в состояние 2, равно сумме работы Ar1 _ 2, совершенной над системой внешними силами, и количества теплоты Q1 _ 2, сообщенного системе:
AU1^2=A 1_2 + Qi-2-
§ II.2.3. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
127
A'i_2 = -у^1—2» гДе-Ах_2 есть работа, совершенная системой над внешними телами в процессе 1 —1- 2. Поэтому
Ql-2 = AU1—? "*¦ 1—2*
Количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.
Для элементарного количества теплоты 8Q, элементарной работы SA и малого изменения dU внутренней энергии (П.2.1.3° и 11.2.2.5°) первый закон термодинамики имеет вид:
SQ = dU + SA.
2°. Если 8Q > 0, то к системе подводится теплота. Если SQ < 0, то от системы отводится теплота. В конечном процессе 2 элементарные количества теплоты могут быть обоих знаков, И общее количество теплоты Qi _ 2 в процессе 1 —' 2 равно алгебраической сумме количеств теплоты, сообщаемых на всех участках этого процесса:
2
Qi-2 = Jsq • і
Если SA > 0 (например, при расширении системы), то говорят, что система производит работу над внешними телами (внешней средой), а если SA < 0 (например, при сжатии системы), то говорят, что внешние силы совершают работу над системой. Работа А1_2, совершаемая системой в конечном процессе 1 —»¦ 2, равна алгебраической сумме работ 8А, совершаемых системой на всех участках этого процесса:
2
Ai-2 = J 8А. і
3°. Если система, например рабочее тело в периодически действующем двигателе (П.4.1.1°), совершает круговой процесс 1—*• 1 (11.4.1.1°), то AfZ1_j = 0 и Ai_і = Qi_i. Нельзя построить пери-
одически действующий двигатель, который совершал бы работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю из-ВНе- Такой двигатель называется вечным двигателем первого рода. Невозможность создания вечного двигателя первого рода является также формулировкой первого закона термодинамики.
128
ГЛ. II.2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
§ II.2.4. Графическое изображение термодинамических процессов и работы
1°. Уравнение состояния (11.1.3.6°) простой термодинамической системы позволяет по любым значениям двух параметров состояния, например VviT, определить значение третьего параметра р. Поэтому в различных двумерных системах координат можно графически изобразить термодинамические процессы. Кроме самой распространенной диаграммы (р — V) применяются также диаграммы (р — Т) и (V — Т). На рис. П.2.2 термодинамический процесс в диаграмме (р — У) изображается кривой C1C2, а точки C1 (P1, F1) и C2 (р2, F2) характеризуют начальное и конечное состояния термодинамической системы.