Первый закон термодинамики
Применение первого закона термодинамики к процессам в одноатомных идеальных газах. Изобарический, изохорический процесс. Адиабатический процесс обмена энергией между идеальным газом и окружающими телами. Змеевик как тепловая машина. Уравнение Бернулли.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.03.2016 |
| Размер файла | 136,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат на тему:
Основы термодинамики
Тема: «Первый закон термодинамики»
Введение
«Первый закон термодинамики, как и закон сохранения энергии в механике, часто дает возможность исследовать тепловые процессы в макроскопических системах даже в тех случаях, когда нам не известны детали микроскопической картины изучаемых явлений.
Первый закон универсален, он применим ко всем без исключения тепловым процессам в любых системах. Как и всякий закон сохранения, он не дает детальной информации о ходе процесса, но позволяет составить уравнение баланса, если заранее известно, какие энергетические превращения происходят в рассматриваемой системе.
Сделаем несколько замечаний о смысле входящих в уравнение первого закона величин. Количество переданной теплоты было определенно как мера изменения внутренней энергии системы при теплопередаче. Но не всегда подведение к системе теплоты приводит к изменению ее внутренней энергии. Например, при изотермическом расширении идеального газа подведение теплоты не сопровождается увеличением внутренней энергии газа. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и при изотермическом процессе не меняется, но газ совершает работу, и величина этой работы равна подводимому к системе количеству теплоты.
Совершение внешними силами механической работы над системой также может не сопровождаться изменением ее внутренней энергии. Если сжимать идеальный газ, принимая меры к тому, чтобы его температура при этом не увеличивалась, то внутренняя энергия газа останется без изменения, а окружающим телам перейдет некоторое количество теплоты, равное совершенной над газом при его сжатии работе».
Применение первого закона термодинамики к процессам в одноатомных идеальных газах
Изотермический процесс (Т = const):
При изотермическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит и в форме теплопередачи, и в форме работы. Все подведенное к идеальному газу тепло затрачивается на совершение работы.
Если газ получает теплоту (Q > 0), то он совершает положительную работу (А` > 0), если газ отдает теплоту (Q < 0), то А` < 0. Работа внешних сил над газом в этом случае положительная (А > 0).
Изобарический процесс (р = const):
При изобарическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит в форме работы и теплопередачи. Сообщенная идеальному газу теплота затрачивается и на изменение внутренней энергии, и на совершение газом работы:
Изохорический процесс:
При изохорическом процессе обмен между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме теплопередачи. Вся подведенная к идеальному газу теплота затрачивается на изменение его внутренней энергии:
Адиабатический процесс (Q = 0):
Адиабатический процесс - процесс, при котором физическая система не получает теплоты извне и не отдает ее. Этот процесс протекает без теплообмена с окружающими телами.
При адиабатическом процессе:
При адиабатическом процессе обмен энергией между идеальным газом и окружающими телами происходит только в форме работы. Работа при адиабатическом процессе совершается за счет изменения внутренней энергии газа.
Если А` > 0 (газ расширяется), то дельта U < 0 - температура газа понижается. Если же А` < 0 (газ сжимается), то дельта U > О - температура повышается».
Змеевик как тепловая машина. Посмотрим, как происходит протекание газа через змеевик. Если в змеевике газ охлаждается, т.е. отдает теплоту (Q<0), то совершаемая работа над газом положительна - внешние силы «проталкивают» газ через змеевик. Если теплота подводится к газу (Q>0), то наш змеевик подобен тепловой машине - газ сам совершает работу над внешними телами. Этот результат не зависит от того, какова величина давления газа на выходе и на входе. Единственное условие при этом - давление на входе должно быть больше давления на выходе, иначе газ просто потечет в обратную сторону.
Попробуем при помощи компрессора прокачивать через змеевик газ в вакуум. Для того чтобы процесс можно было считать стационарным, сечение выходного отверстия нужно сделать много меньше сечения входного. Змеевик теплоизолируем от окружающей среды.
Совершаемая компрессором над газом работа положительна и равна полной совершаемой над газом работе, ибо, выходя за вакуум, газ работы не совершает. Так как нет обмена теплотой, налицо противоречие с утверждением о том, что при адиабатическом протекании работа равна нулю.
Это противоречие возникло потому, что при прокачивании газа в вакуум происходят и такие энергетические превращения, которые были совершенно несущественны. Действительно, первый закон термодинамики использовался в виде
Q + A = U,
бернулли уравнение термодинамика закон
где U - внутренняя энергия газа. Поэтому при использовании такой формулировки первого закона термодинамики заранее молчаливо предполагается, что в рассматриваемых процессах не происходит изменения механической энергии системы, т.е. не меняется потенциальная энергия газа как целого во внешнем поле, не меняется и кинетическая энергия движения газа как целого, не возникает в газе никаких макроскопических потоков. Теперь уже становится ясно, что при прокачивании газа в вакуум возникает макроскопический направленный поток, кинетическую энергию которого необходимо учитывать. Работа компрессора в этом случае как раз и определяет кинетическую энергию этого потока.
Если вход и выход змеевика расположены на разной высоте, то в уравнении закона сохранения энергии необходимо учитывать и изменение потенциальной энергии газа в поле тяжести, подобно тому как это делалось в гидродинамике при выводе уравнения Бернулли.
Список использованной литературы
1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика. Строение и свойства вещества. М. - С.-П., ФИЗМАТЛИТ.
2. Учебник «Физика-10» В.А.Касьянов, М., Дрофа, 2003.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Первый закон термодинамики. Изотермический, изобарический, изохорический и адиабатический процессы. Первое начало термодинамики. Электролиты. Причины диссоциации. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Электропроводность стекла при нагревании.
реферат [1,1 M], добавлен 11.02.2009История развития термодинамики. Свойства термодинамических систем, виды процессов. Первый закон термодинамики, коэффициент полезного действия. Содержание второго закона термодинамики. Сущность понятия "энтропия". Особенности принципа возрастания энтропии.
реферат [21,5 K], добавлен 26.02.2012Основные понятия. Температура. Первый закон термодинамики. Термохимия. Второй закон термодинамики. Равновесие в однокомпонентных гетерогенных системах. Термодинамические свойства многокомпонентных систем. Растворы. Химический потенциал.
лекция [202,7 K], добавлен 03.12.2003Взаимосвязь внутренней энергии и теплоты газа. Первое начало термодинамики. Общее понятие о теплоемкости тела. Энтропия как мера необратимого рассеяния энергии или беспорядка. Адиабатический процесс: уравнение, примеры. Политропные и циклические процессы.
презентация [889,7 K], добавлен 29.09.2013Изохорический процесс в газе как закон его поведения при постоянной массе и неизменном объёме. Постоянная величина массы и давления как основные признаки изобарического преобразования в газе. Условия протекания изотермического процесса в газовой среде.
лабораторная работа [954,9 K], добавлен 12.12.2012Термодинамика - раздел физики об общих свойствах макроскопических систем с позиций термодинамических законов. Три закона (начала) термодинамики в ее основе. Теплоемкость газа, круговые циклы, энтропия, цикл Карно. Основные формулы термодинамики.
реферат [1,7 M], добавлен 01.11.2013История развития термодинамики, ее законы. Свойства термодинамических систем, виды основных процессов. Характеристика первого и второго законов термодинамики. Примеры изменения энтропии в системах, принцип ее возрастания. Энтропия как стрела времени.
реферат [42,1 K], добавлен 25.02.2012Второй закон термодинамики: если в системе нет равновесия, процессы протекают в направлении, при котором система приблизится к равновесию. Превращение работы в теплоту. Два источника теплоты – с высокой температурой и с низкой. Сжатие газа в компрессорах.
реферат [143,4 K], добавлен 25.01.2009Первый закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Термодинамический метод их исследования. Изменение внутренней энергии и энтальпии газа. Графическое изображение изотермического процесса. Связь между параметрами газа, его теплоемкость.
лекция [438,5 K], добавлен 14.12.2013Первое начало термодинамики. Однозначность внутренней энергии как функции термодинамического состояния. Понятие энтропии. Второе начало термодинамики для равновесных систем. Третье начало термодинамики.
лекция [197,4 K], добавлен 26.06.2007Направления термодинамических процессов. Состояние системы, детально охарактеризованное на уровне каждой частицы. Сущность эргодической гипотезы. Термодинамическое определении энтропии. Теорема Нернста или третье начало термодинамики. Тепловая машина.
презентация [1,7 M], добавлен 23.10.2013Исторические аспекты термодинамики, ее основные понятия. Закон состояния (закон постоянства субстанции). Закон связи причины и действия. Закон взаимодействия. Современные проблемы термодинамики. Синергетика Хакена. Разбегание галактик, открытое Хабблом.
курсовая работа [70,2 K], добавлен 27.02.2013Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.
реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012Теплоемкость как одно из основных теплофизических свойств тел, используемых в термодинамике, порядок и этапы определения, необходимые формулы для расчетов. Сущность метода адиабатического расширения. Первый закон термодинамики в дифференциальной форме.
лабораторная работа [78,8 K], добавлен 08.06.2011Описание адиабатически изолированной системы. Изменения энтропия азота в изохорном процессе. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Элементы технической термодинамики, понятие об идеальных и неидеальных растворах. Расчет КПД двигателя Стирлинга.
контрольная работа [263,2 K], добавлен 24.05.2015Общие дифференциальные соотношения, позволяющие анализировать полученные выражения для идеальных и реальных систем. Применение якобианов позволяет устанавливать связь между термодинамическими величинами (коэффициентами) наиболее простым способом.
методичка [137,3 K], добавлен 14.09.2003Фундаментальные законы термодинамики. Понятие термодинамической системы и рабочего тела, их термодинамические параметры. Идеальный газ и уравнение его состояния. Формулы и взаимосвязь удельной и молярной теплоемкости, изобарного и изохорного процессов.
реферат [15,0 K], добавлен 22.01.2012Работа идеального газа. Определение внутренней энергии системы тел. Работа газа при изопроцессах. Первое начало термодинамики. Зависимость внутренней энергии газа от температуры и объема. Основные способы ее изменения. Сущность адиабатического процесса.
презентация [1,2 M], добавлен 23.10.2013Использование энергии топлива в работе различных машин, аппаратов, энергетических и технологических установок. Определения термодинамики: второй закон, энтропия, расчет ее изменения. Абсолютная энтропия, постулат Планка; необратимость тепловых процессов.
курсовая работа [520,7 K], добавлен 08.01.2012Термодинамика - учение об энергии и фундаментальная общеинженерная наука. Термодинамическая система и параметры ее состояния: внутренняя энергия, энтальпия. Закон сохранения энергии. Смеси идеальных газов. Задачи по тематике для самостоятельного решения.
дипломная работа [59,9 K], добавлен 25.01.2009
