Часть 2 Молекулярная физика и основы термодинамики Глава 8 Основы молекулярно-кинетической теории (стр. 4 )

в)Теплоемкость.

По определению изохорная теплоемкость .

Так как , где , то

, а .

г)Работа в изохорном процессе не совершается

, .

Изобарный процесс происходит при постоянном давлении (рис. 9.10, 9.11):  ().

а) Уравнение состояния.   , где

. Объем газа растет пропорционально температуре (рис. 9.9).

Диаграммы (графики) изобарного процесса

б) Первый закон термодинамики. . Теплота расходуется на изменение внутренней энергии (нагревание) и совершение газом работы.

в) Работа в изобарном процессе , из уравнения состояния получаем: , поэтому . После интегрирования:

или .

Следствие: универсальная газовая постоянная численно равна работе одного моля идеального газа в изобарном процессе при изменении его температуры на один градус.

г) Теплоемкость.

По определению, изобарная теплоемкость . Так как , получаем уравнение Майера:

.

Изобарная теплоемкость больше изохорной, так как часть теплоты идет на совершение работы.

Изотермический процесс

происходит при постоянной температуре (, рис.9.14, 9.15) в контакте с термостатом. Термостат (рис.9.12) — устройство для поддержания постоянной температуры. Например, организм теплокровного животного (человека), атмосфера и океаны Земли.

а) Уравнение состояния.

, , где

. Давление уменьшается с ростом объема (рис. 9.13).

Диаграммы (графики) изотермического процесса

б) Первый закон термодинамики.

По определению, . Внутренняя энергия идеального газа при изотермическом процессе постоянна. . Теплота расходуется только на совершение газом работы.

в) Работа в изотермическом процессе . Интегрируя, получим,

.

г) Теплоемкость.

По определению, . Так как ,  .

Изотермическая теплоемкость стремиться к бесконечности.

Адиабатный процесс происходит без теплообмена . Такой процесс наблюдается в теплоизолированных системах или при быстропротекающих процессах.

а) Первый закон термодинамики.

— работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии, или — внутренняя энергия растет за счет работы внешних сил.

б) Уравнение состояния.

В адиабатном процессе меняются все термодинамические параметры, следовательно . Для графического отображения адиабатного процесса удобно иметь зависимость , как в изотермическом процессе.

Для ее нахождения воспользуемся уравнением состояния: 

,

а также первым  законом термодинамики:

⇒  .

Подставляя в первое уравнение, получаем

.

Так как , ,

где — показатель адиабаты. Для идеального газа . После интегрирования находим уравнение адиабаты:

.

Диаграммы (графики) адиабатного процесса (рис.9.16-9.18)

Адиабата проходит круче изотермы. Это связано с повышением температуры при адиабатном сжатии газа.

в) Работа в адиабатном процессе . Интегрируя, получим:

г)Теплоемкость. По определению, адиабатная теплоемкость

.

Так как ,  . Адиабатная теплоемкость равна нулю.

Политропный процесс является обобщением рассмотренных выше четырех процессов.

а) Уравнение состояния.

, где — показатель политропы.

— изобарный процесс, .

— изотермический процесс, .

— адиабатный процесс, .

— изохорный процесс, .

б) Первый закон термодинамики  .

в) Работа  .

г) Теплоемкость  .

9.3. Второй закон термодинамики

определяет направление протекания процессов в замкнутой системе.

Энтропия (приведенное количество теплоты) , Дж/К — однозначная функция состояния равновесной термодинамической системы (термодинамических параметров), описывает направление протекания процессов в замкнутой термодинамической системе. Как и внутренняя энергия, является полным дифференциалом. По определению, для равновесных процессов:

.  .