Основные законы термодинамики
Сущность фазового перехода первого рода. Рассмотрение термодинамических процессов и энтропии для идеального газа. Характеристика процесса кристаллизации расплава, который протекает при определенной температуре. Понятие удельной теплоты плавления.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.12.2018 |
| Размер файла | 57,3 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/
Цель работы: изучение основных законов термодинамики, иссле-дование фазовых переходов первого рода.
Основные понятия
Энтропией называется функция S состояния системы, дифференциал которой в обратимом элементарном процессе равен отношению бесконеч-но малого количества теплоты, сообщенного системе, к её абсолютной температуре:
(1)
Энтропия сложной системы равна сумме энтропии всех её однород-ных частей.
Изменение энтропии в любом обратимом процессе, переводящем сис-тему из состояния 1 в состояние 2, равно приведенному количеству тепло-ты, переданному системе в этом процессе:
(2)
Энтропия тела может быть определена только с точностью до постоянного слагаемого (константы интегрирования):
где интегрирование; производится вдоль произвольного обратимого процесса; S0 - значение энтропии тела при T=0K.
В соответствии со вторым законом термодинамики для произвольного элементарного процесса:
(3)
Для теплоизолированной системы дQ=0, поэтому dS?0: энтро-пия изолированной системы не может убывать.
Все реальные процессы необратимы, поэтому в действительности эн-тропия изолированной системы может только возрастать, достигая макси-мума в состоянии термодинамического состояния системы.
Если система совершает круговой процесс, то изменение ее энтропии равно нулю и алгебраическая сумма приведенных количеств теплоты, со-общенных этой системе, равна нулю в обратимом процессе:
и больше нуля в необратимом процессе:
(4)
Соотношение (4) называется неравенством Клаузиуса и является ма-тематической записью второго закона термодинамики для необратимых процессов в неизолированной системе.
Основное соотношение термодинамики, объединяющее в себе первый и второй законы термодинамики, получается из (3) при замене дQ на dU + дA : TdS ? dU + дА
Второе начало термодинамики (утверждение о невозможности убыва-ния энтропии изолированной системы) получает статистическое истолко-вание при использовании формулы Больцмана: S == klnW + const , где S - энтропия системы, k = 1,38 * 10-23 Дж/К - постоянная Больцмана,
W - термодинамическая вероятность состояния. Термодинамической веро-ятностью состояния называется число микросостояний системы, соответ-ствующих данному макросостоянию. Величина W для химически одно-родной системы показывает, сколькими способами может быть реализова-но данное макросостояние. По определению, W ? 1.
Рассмотрим сначала термодинамические процессы и энтропию для идеального газа. Простейшие термодинамические процессы - политропные; при политропном процессе теплоемкость газа С постоянна.
1. Изохорический процесс V = const, дА = 0, А = 0
(5)
2. Изотермический процесс Т = const, PV = const, дА = дQ
(6)
3. Изобарический процесс Р = const, дА == PdV A=PДV
(7)
4. Адиабатный процесс дQ = 0 , PVг = const
(8)
Протекание любого термодинамического процесса обычно изобража-ют в координатах P-V или T-S. При этом на диаграмме P-V площадь под кривой представляет собой элементарную работу в ходе этого процес-са дА = PdV (рис. 1а), а на диаграмме T-S: дQ = TdS площадь равна элементарному количеству тепла, сообщенному или отобранному у систе-мы (рис. 16).
Рассмотрим с точки зрения термодинамики фазовые переходы. Фазовым переходом первого рода называется переход вещества из одной фазы в другую, сопровождающийся скачкообразным изменением внутренней энергии и плотности. Фазовые переходы первого рода связаны с выделени-ем или поглощением теплоты, называемой скрытой теплотой фазового пе-рехода. Примерами переходов первого рода служат испарение, плавление, сублимация. энтропия температура теплота плавление
При нагревании твердого тела до определенной температуры - темпе-ратуры плавления ТПЛ , осуществляется его переход из твердого состояния в жидкое; для однокомпонентного вещества этот переход происходит при постоянном давлении Рпл . Обратный процесс охлаждения приводит к кристаллизации расплава (переходу из жидкого состояния в твердое), ко-торая протекает при определенной температуре Ткр и постоянном давле-нии РКР. Оба этих перехода являются одновременно изобарными (Р = const) и изотермическими (Т = const). В идеальном случае при
Рпл = Ркр температуры плавления и кристаллизации равны: ТПЛ = Ткр.
Удельной теплотой плавления называется количество теплоты, необ-ходимое для того, чтобы расплавить единицу массы тела. Если UЖ и UТ внутренние энергии единицы массы вещества в жидком и твердом состоя-нии; хЖ, хt удельные объемы жидкости и твердого тела, то по первому закону термодинамики удельная теплота плавления:
(9)
где Р - давление, при котором совершается фазовый переход твердого те-ла в жидкость.
Для того, чтобы расплавить вещество массой m , к нему необходимо подвести количество теплоты Q=mrПЛ. В процессе кристаллизации те-плота выделяется.
Изобразим процессы плавления и кристаллизации с помощью диа-граммы. Если по оси абсцисс откладывать количество теплоты, сообщае-мое телу, а по оси ординат - температуру тела, процесс нагрева изобразится прямой, образующей некоторый угол с осью абсцисс, а процесс плавления - прямой, параллельной оси абсцисс. Если нагревание происходит равно-мерно - тепловая мощность, передаваемая от нагревателя, постоянна, - вид зависимости T(t) будет таким же, как Т(Qполуч) Зависимость T(t) изо-бражена на рис. 2. Участок 1 -2 соответствует нагреву тела от То до Тпл.
дQ = cmdT - элементарная теплота, получаемая телом,
Из условия, что тепловая машина постоянна, получаем:
tф.п. - время фазового перехода.
Отсюда можно найти удельную теплоту плавления:
(10)
Приращение энтропии тела на участке нагрева твердого тела вы-разится:
(11)
Приращение энтропии в процессе плавления: (участок диаграммы 2-3):
(12)
Полное приращение энтропии до окончания процесса плавления:
(13)
Результаты эксперимента
Плавление
|
t |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
135 |
150 |
165 |
180 |
195 |
210 |
225 |
240 |
255 |
270 |
285 |
300 |
315 |
330 |
345 |
|
|
t0 |
20 |
26 |
50 |
62 |
82 |
93 |
112 |
125 |
145 |
160 |
177 |
185 |
212 |
220 |
230 |
230 |
230 |
230 |
231 |
231 |
231 |
240 |
260 |
Кристаллизация
|
t |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
135 |
150 |
165 |
180 |
195 |
210 |
225 |
240 |
255 |
270 |
285 |
300 |
315 |
330 |
345 |
|
|
t0 |
300 |
285 |
270 |
250 |
235 |
233 |
233 |
233 |
232 |
232 |
231 |
231 |
220 |
215 |
190 |
180 |
165 |
155 |
130 |
115 |
100 |
85 |
70 |
Обработка результатов эксперимента
Погрешности
Вывод
В результате проведения лабораторной работы изучили изопрцессы в газах.
Определили значение г = 1,28
количество молей газа в баллоне н = 0,4 моль
внутреннюю энергию газа U0 = 2500 Дж
по данным исходного состояния P1 = 277300 Па
V1 = 0,005 м3
T1 = 418,17 К
Е = 3475 Дж.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История 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 25.02.2012Внутренняя энергия тел и основные способы ее измерения. Работа газа и пара при расширении. Определение удельной теплоемкости вещества. Расчет удельной теплоты плавления и отвердевания. Сущность первого закона термодинамики. Основные виды теплопередачи.
курсовая работа [564,6 K], добавлен 17.05.2010История 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 26.02.2012Понятие и содержание процесса фазового перехода первого рода как изменения агрегатного состояния вещества. Основные стадии данного перехода и его особенности, физическое обоснование и закономерности. Сущность теории Зельдовича. Бистабильная система.
презентация [199,0 K], добавлен 22.10.2013Направления 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 23.10.2013Работа 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 23.10.2013Понятие и основные этапы кристаллизации как процесса фазового перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое с образованием кристаллов. Физическое обоснование данного процесса в природе. Типы кристаллов и принципы их выращивания.
презентация [464,0 K], добавлен 18.04.2015Термодинамика как область физики, исследующая процессы преобразования теплоты в работу и другие виды энергии. Характеристика ключевых особенностей схемы газового термометра. Рассмотрение основных свойств идеального газа. Сущность понятия "теплоемкость".
презентация [73,1 K], добавлен 15.04.2014Фундаментальные 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 22.01.2012Закон сохранения энергии и первое начало термодинамики. Внешняя работа систем, в которых существенную роль играют тепловые процессы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа. Законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака, уравнение Пуассона.
презентация [0 b], добавлен 25.07.2015- Термодинамические процессы. Определение работы и теплоты через термодинамические параметры состояния
Взаимосвязь между количеством теплоты, внутренней энергией и работой; методы исследования основных термодинамических процессов, установление зависимости между основными параметрами состояния рабочего тела в ходе процесса; изменения энтальпии, энтропии.
реферат [215,5 K], добавлен 23.01.2012 Определение показателя политропы, начальных и конечных параметров, изменения энтропии для данного газа. Расчет параметров рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.12.2011Термодинамика - 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 01.11.2013Уравнение Менделеева-Клайперона, газовая постоянная. Отношение абсолютных давлений и температур. Нахождение количества теплоты произвольной массы газа в изобарном процессе. Состояние идеального газа. Работа в изотермическом и адиабатном процессах.
задача [333,3 K], добавлен 16.06.2012Взаимосвязь 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 29.09.2013Понятие открытых систем. Основные отклонения термодинамических параметров от их равновесных значений. Термодинамика открытых систем и подход к живым системам. Термодинамика неравновесных процессов. Приращение энтропии системы в единицу времени.
реферат [20,1 K], добавлен 24.01.2012Понятие и предмет термодинамики. Определение объемного состава и средней молярной массы смеси, а также вычисление парциальных объемов компонентов. Характеристика фазового равновесия и фазовых переходов. Основы введения в химическую термодинамику.
контрольная работа [328,4 K], добавлен 29.03.2015Характеристика основных типов идеального газа. Описание изохорического, изобарического и изотермического процессов. Изучение первого и второго законов термодинамики. Принцип действия тепловых машин. Описание цикла Карно. Расчет сил Ван-дер-Ваальса.
реферат [255,0 K], добавлен 25.10.2015Первое 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 26.06.2007Определение политропного процесса. Способы определения показателя политропы. Вычисление теплоемкости и количества теплоты процесса. Расчет термодинамических свойств смеси, удельных характеристик процесса. Проверка расчётов по первому закону термодинамики.
контрольная работа [170,2 K], добавлен 16.01.2013
