Равновесные процессы в идеальном газе.
Теплоемкость идеального газа.
4. Виды равновесных процессов.
Определение 1.
Внутренней энергией объектаназывают часть его полной энергии за вычетом кинетической энергии движения объекта, как целого, и его потенциальной энергии во внешнем поле.
Таким образом, во внутреннюю энергию входят кинетическая энергия поступательного и вращательного движений молекул, потенциальная энергия их взаимодействия, энергия колебательного движения атомов в молекулах, а также энергия различных видов движения частиц в атомах.
Внутренняя энергия системы может изменяться за счет энергии, сообщаемой системе извне. Эта энергия может сообщаться системе посредством двух процессов: либо за счет работы, производимой внешними силами над системой, либо за счет передачи ей тепла.
Рассмотрим газ, сжимаемый в сосуде поршнем под действием силы F Пусть под действием этой силы поршень переместился на расстояние dh, сжав газ. Работа силы на пути dh – это dA = Fdh.
|
|
Разделив величину силы на площадь поршня, получим давление P, а умножив на S, получим изменение объема газа dV.
Таким образом, производимая над газом работа будет равна dA= P·dV.
Такую же по величине работу совершает газ при расширении, перемещая поршень. При этом dV положительно, если газ расширяется, и отрицательно при сжатии газа.
Соответственно работа dA положительна или отрицательна:
· в первом случае система производит работу сама,
· во втором — внешние силы производят работу над системой.
Графически процесс изменения состояния газа при его расширении или сжатии изображается на кривой P (V) участком на графике.
Полная работа, совершаемая газом, при расширении от V1 до V2: .
Эта работа численно равна заштрихованной площади, заключенной под кривой P (V).
Передачу теплоты, как энергии, передаваемой от одного тела другому, описывает закон, названный первым началом термодинамики:
dQ = dE + dA = dE + P·dV, (1)
где Q – теплота, E – внутренняя энергии системы, A – произведенная работа.
Это уравнение представляет собой закон сохранения энергии применительно к механической и тепловой энергии макроскопических тел.