Термодинамика
Термодинамика
Раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем и способы передачи и превращения энергии в таких системах.
Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче
Физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.
Термодинамические процессы, во время которых количество вещества и один из параметров состояния: давление, объём или температура — остаётся неизменным
МКТ
Молекулярно-кинетическая теория рассматривает строение вещества с точки зрения следующих положений:
1) Все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
2) Частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
3) Частицы взаимодействуют друг с другом путём упругих столкновений
1) Все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
2) Частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
3) Частицы взаимодействуют друг с другом путём упругих столкновений
Показатель содержания воды в физических телах или средах
Ещё в разработке
Показатель содержания воды в физических телах или средах
Физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.
T, К
100
300
150
200
250
50
350
400
0
T, °C
-173
27
-123
-73
-23
-223
77
127
-273
Температура является мерой средней кинетической энергии молекул, таким образом, чем быстрее движение молекул в теле, тем больше его температура
При понижении температуры, будет уменьшаться средняя скорость молекул, но ведь она не может уменьшаться бесконечно
Таким образом, теоретически можно достичь такого значения температуры, при котором все молекулы остановятся, а их суммарная кинетическая энергия станет равной нулю
Это значение температуры называется «Абсолютный нуль», оно равно примерно -273,16 °C ≈ -273 °C
Получается, что температура — скалярная величина, не имеющая отрицательных значений (это видно при расчёте внутренней энергии)
Физический смысл температуры отражает «Абсолютная температура» T=[К], измеряемая по шкале Кельвина, сдвинутой относительно шкалы Цельсия на 273 деления
Шкала Кельвина
Шкала Цельсия
0
100
Плавление льда
Кипение воды
273
373
0 K = -273 °C
Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче
Q
При охлаждении тел:
На нагревание тел:
При горении топлива:
На плавление:
На парообразование:
При прохождении тока:
Q =
cm
Δ
T
=
cm
T
1
(
-
T
2
)
Q =
cm
Δ
T
=
cm
T
2
(
-
T
1
)
Q =
λm
Q =
Lm
Q =
qm
Q =
UIt
m — масса тела
T — начальная температура
1
T — начальная температура
2
с — удельная теплоёмкость — показывает, насколько тяжело нагреть тело (табличная величина)
Величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.
с = [ Дж / (кг × К) ]
с = [ Дж / (кг × К) ]
m — масса тела
T — начальная температура
1
T — начальная температура
2
с — удельная теплоёмкость — показывает, насколько тяжело нагреть тело (табличная величина)
Величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.
с = [ Дж / (кг × К) ]
с = [ Дж / (кг × К) ]
m — масса тела
q — удельная теплота горения — показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг. (табличная величина)
m — масса тела
λ — удельная теплота плавления — количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, чтобы перевести его из твёрдого состояния в жидкое (табличная величина)
q = [ Дж / кг ]
λ = [ Дж / кг ]
m — масса тела
L — удельная теплота плавления — количество, которое потребуется для превращения жидкости массой 1кг в пар без изменения температуры (табличная величина)
L = [ Дж / кг ]
U — напряжение
I — сила тока
t — время прохождения тока
Количество теплоты выделяется:
Количество теплоты расходуется:
*В данном примере количество теплоты от горения топлива передаётся на нагревание жидкости в кастрюле
T, К
Плавление льда:
Q =
λm
Q =
340 000 × 1
*λ = 340 кДж/кг
Q, кДж
273
373
298
323
348
248
≈
398
423
0
103
≈
223
443
863
≈
≈
3123
3224
T, °C
0
100
25
50
75
-25
125
150
-50
H₂O
Q ≈
340 кДж
Нагревание льда:
Q =
cm
Δ
T
Q =
2060×1×(273-223)
*с (льда) = 2060 Дж/(кг×К)
Q ≈
103 кДж
Парообразование:
Q =
Lm
Q =
2 260 000 × 1
*L = 2260 Дж/кг
Q ≈
2260 кДж
Нагревание воды:
Q =
cm
Δ
T
Q =
4200×1×(373-273)
*с (льда) = 4200 Дж/(кг×К)
Q ≈
420 кДж
Нагревание пара:
Q =
cm
Δ
T
Q =
2020×1×(423-373)
*с (льда) = 2060 Дж/(кг×К)
Q ≈
101 кДж
Устанавливает зависимость между давлением, объемом и абсолютной температурой идеального газа
R — универсальная газовая постоянная
R = 8,31 [Дж/(моль×К)]
R = 8,31 [Дж/(моль×К)]
P — давление [Па]
T — температура [К]
V — объём [м³]
P V = ν R T
ν — количество вещества [моль]
ν =
m
M
m — масса газа [кг]
M — молярная масса [кг/моль]
M — молярная масса [кг/моль]
Термодинамические процессы, во время которых количество вещества и один из параметров состояния: давление, объём, температура или энтропия — остаётся неизменным.
Изохорный
V — const
T
P
P V = ν R T
ν R =
P V
T
В любом состоянии газа:
Если ν — const:
= const
Тогда:
P V
T
=
P V
T
1
1
2
2
1
2
P V
T
=
P V
T
1
2
1
2
P
T
=
P
T
1
2
1
2
T, К
P, кПа
300
0
100
200
400
500
Состояние газа
100
200
300
400
500
Изобарный
P— const
T
V
P V
T
=
P V
T
1
2
1
2
V
T
=
V
T
1
2
1
2
T, К
V, л