ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНТАЛЬПИЯ, ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ,

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПОЛНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ.

Внутренняя энергия.

Любая термодинамическая система обладает определённым запасом энергии, некоторая доля которого зависит только от собственного (внутреннего) состояния системы. Другая же часть полного запаса определяется взаимодействием рабочего тела системы с внешними силовыми полями окружающей среды (потенциальная энергия) либо представляет собой кинетическую энергию движения системы (как макроскопического объекта) относительно окружающей среды.

Та часть полного запаса энергии термодинамической системы, которая не связана с положением системы в поле внешних сил и с движением самой системы в поле внешних сил и с движением самой системы относительно окружающей среды, называется внутренней энергией термодинамической системы.

Значение внутренней энергии системы не зависит от того, каким образом (по какому пути) система достигает данного состояния.

Термодинамическим процессом называется изменение состояния термодинамической системы в результате взаимодействия её с окружающей средой.

Внутренняя энергия системы включает в себя:

1- кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного движений частиц;

2- потенциальную энергию взаимодействия частиц;

3- внутриядерную энергию.

Две последние составляющие в термодинамических процессах остаются неизменными (во всяком случае такие моменты не будем рассматривать).

Теперь можно дать определение внутренней энергии системы:

- энергия хаотического движения молекул и атомов, включающая в себя энергию поступательного, вращательного и колебательного движений, а также потенциальную энергию сил взаимодействия между молекулами.

Внутренняя энергия есть некоторая однозначная функция состояния рабочего тела:

 

Удельная внутренняя энергия u=U/M, для системы равна сумме отдельных частей (принцип аддитивности). Изменение определяется начальными и конечными состояниями тела, т.е.

Бесконечно малое изменение dU есть полный дифференциал U, так как

В термодинамике изучаются только равновесные процессы. Равновесные процессы – процессы, протекающие при бесконечно малых отклонениях состояния системы от равновесного. Процессы можно изобразить в р-v координатах:

 

Круговым процессом называется процесс, в результате которого термодинамическая система, выйдя из некоторого состояния, снова приходит в такое же состояние.

Первый закон термодинамики.

Термодинамический метод исследования основан на использовании всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Вместе с тем согласно теории относительности установлено эквивалентное соотношение между массой энергией посему справедливо было бы говорить о сохранении массы и энергии. Однако дело в том, что в термодинамике изменения энергии таковы, что сопровождающее их изменение массы незначительно. Поэтому масса закрытой термодинамической системы считается неизменной.

Для расширенной термодинамической системы, представленной на рисунке, -*-+

, +

можем дать следующие соотношения. Закон сохранения энергии можно записать в виде:

Все тела взаимодействуют только с термодинамической системой и изменение энергии каждого тела равно количеству воздействия тела на систему:

 

 

Если взаимодействия различны, то:

здесь k- обозначение рода взаимодействия.

Если полученное воздействие на систему рода, то:

В этом случае первый закон термодинамики получит выражение:

Для произвольной термодинамической системы, обладающей многими степенями свободы, первый закон термодинамики – изменение внутренней энергии термодинамической системы равно алгебраической сумме внешних воздействий.

Воздействия могут быть различных родов. В технической термодинамике термическое воздействие обозначается Q (теплота) и считается положительным, если внутренняя энергия системы в результате воздействий возрастает. Остальные воздействия называют работой (механической или немеханической). Механическая работа, связанная с объёмной деформацией обозначается L. Работа положительна, если в результате воздействия на систему (её деформации) происходит уменьшение её внутренней энергии. В этом случае система совершает работу над окружающей средой. Таким образом, знаки количества нетермических воздействий противоположны знакам количеств соответствующих работ. Первый закон термодинамики для термодеформационной системы получит вид:

- изменение внутренней энергии системы равно разности между количеством теплоты и работой –

Изменения, происходящие в результате элементарного воздействия, можно представить выражением:

Для однородных рабочих тел удобны удельные величины:

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: