Термодинаміка – розділ молекулярної фізики, який вивчає теплові процеси без вияснення внутрішніх чинників структури речовини

Тема 7: Основи термодинаміки

План

Тепловий рух. Внутрішня енергія і способи її зміни

2. Закон збереження енергії в теплових процесах (перший закон термодинаміки)

Принцип дії теплових двигунів

Термодинаміка – розділ молекулярної фізики, який вивчає теплові процеси без вияснення внутрішніх чинників структури речовини.

Термодинаміка була створена в середині ХІХ століття. Після відкриття закону збереження енергії. В її основі лежить поняття внутрішньої енергії U. У середині ХІХ століття. було доведено, що поряд з механічною енергією макроскопічні тіла мають ще й енергію всередині цих тіл. Ця внутрішня енергія входить до балансу енергетичних перетворень у природі. Після відкриття внутрішньої енергії був сформульований закон збереження і перетворення енергії в теплових процесах, у результаті якого внутрішня енергія може переходити в механічну і навпаки. З погляду МКТ речовини внутрішня енергія макроскопічного тіла термодинамічної системи дорівнює сумі кінетичних енергій неперервного теплового руху всіх молекул (атомів) відносно центра мас тіла і потенціальних енергій взаємодії всіх молекул одна з одною. Обчислити U, враховуючи мікропараметри майже неможливо, тому для її вираження використовують макропараметри термодинамічної системи.

Найбільш простий за властивостями – одноатомний газ. До одноатомних можна віднести інертні гази: гелій, неон, аргон та ін. Обчислимо внутрішню енергію одноатомного ідеального газу. Оскільки молекули цього газу одна з одною не взаємодіють, то потенціальна енергія Е_п = 0. Уся внутрішня енергія складається із кінетичної енергії руху Е_к. За формулою Больцмана для одного атома (де k = 1,38∙10^-23 Дж/К – стала Больцмана). А оскільки кількість атомів дорівнює (див. лекцію 5), то внутрішня енергія одноатомного ідеального газу , де kN_A = R.

Остаточно маємо або ,

де m – маса всього газу; μ – молярна маса; R = 8,31 – універсальна газова стала; T – термодинамічна температура; p – тиск газу; V – об’єм газу.