Первый закон термодинамики. Теплоемкость

Цель – уяснить смысл первого начала термодинамики и его применение для описания процессов в идеальном газе.

Указания к организации самостоятельной работы.

Используя конспект лекций и учебники [1, стр.224 – 245; 2, стр.100 - 105], понять, в чем отличие закона сохранения энергии в термодинамике от классической механики. Усвоить, что главная величина в первом начале термодинамики – внутренняя энергия (функция состояния; физическая величина, не зависящая от вида процесса), что в термодинамические соотношения входит не сама внутренняя энергия, а ее изменение либо производные от нее по какому – либо параметру, что изменение внутренней энергии системы может происходить либо за счет совершения работы (системой или над системой), либо за счет отвода или передачи системе количества теплоты. Работа, совершаемая внешними телами над системой (например, газом), считается отрицательной, а работа совершаемая системой (газом), - положительной.

Вопросы для экспресс – контроля.

1. Сформулируйте первое начало термодинамики.

2. Как определяется работа при изменении объема тела?

3. Запишите первое начало термодинамики для изохорического изменения состояния.

4. Запишите первое начало термодинамики применительно к изобарическому изменению состояния.

5. Приведите определение энтальпии (теплосодержания).

6. Дайте определение для и .

7. Как связаны молярная и удельная теплоемкости?

1. (*)Два теплоизолированных баллона 1 и 2 наполнены воздухом и соединены короткой трубкой с краном. Известны объемы баллонов, а также давление и температура воздуха в них ( и ). Найти температуру и давление воздуха, которые установятся после открытия крана.

2. (*)Один моль некоторого идеального газа изобарически нагрели на , сообщив ему количество тепла Q=1,60кДж. Найти совершенную газом работу, приращение внутренней энергии и величину .

3. Газообразный водород, находившийся при нормальных условиях в закрытом сосуде объемом л, охладили на К. Найти приращение внутренней энергии газа и количество отданного им тепла.

4. (*)Два моля идеального газа при температуре К охладили изохорически, вследствие чего его давление уменьшилось в раза. Затем газ изобарически расширили так, что в конечном состоянии его температура стала равной первоначальной. Найти количество тепла, поглощенного газом в этом процессе.

5. (*)Один моль кислорода, находящийся при температуре К, адиабатически сжали так, что его давление возросло в раза. Найти:

1) температуру газа после сжатия;

2) работу, которая была совершена над газом.

6. (*)При некотором политропном процессе гелий был сжат от начального объема л до объема л. Давление при этом возросло от 1 до 8 атм. Найти теплоемкость С всей массы гелия, если его начальная температура была 300 К.

7. (*)Идеальный газ с показателем адиабаты расширили по закону , где - постоянная. Первоначальный объем газа . В результате расширения объем увеличился в раз. Найти:

1) приращение внутренней энергии газа;

2) работу, совершенную газом;

3) молярную теплоемкость газа в этом процессе.

8. Моль идеального газа нагревают в цилиндре под поршнем, удерживаемым в положении равновесия пружиной, подчиняющейся закону Гука. Стенки цилиндра и поршень адиабатические, а дно проводит тепло. Начальный объем газа , при котором пружина не деформирована, подобран так, что , где - наружное атмосферное давление, - площадь поршня, - коэффициент упругости пружины. Найти теплоемкость газа для этого процесса.