Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

6. ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ

6.2. ЗАКОНИ ТЕРМОДИНАМІКИ

6.2.1. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ

Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, називають першим законом термодинаміки: зміна внутрішньої енергії AU при переході її із одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил А' і кількості теплоти Q, переданої системі:

∆U = Q + А'.

Якщо система сама виконує роботу А, то (оскільки А' = -А) перший закон термодинаміки зручно формулювати так:

кількість теплоти Q, передана системі, витрачається на зміну її внутрішньої енергії ∆U і на виконання системою роботи А:

Q = ∆U + А.

Застосування першого закону термодинаміки до різних ізопроцесів у газах подано в таблиці.

Ізопроцеси у газах

Ізотермічний Т = const, m = const	Ізохорний V = const, m = const	Ізобарний p = const, m = const	Адіабатний Q = 0
∆Т = 0	∆V = 0	∆p = 0	Q = 0
∆U = 0	A = 0	Q = ∆+ A	∆U + A = 0
Q = A	Q = ∆U		∆U = 0
			∆U = A'

6.2.2. АДІАБАТНИМ ПРОЦЕС

Адіабатний процес — процес, який відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем, процес в теплоізольованій системі (рис. 6.6, а):

Q = 0.

♦ Під час адіабатного розширення газ виконує роботу за рахунок зменшення внутрішньої енергії (∆U = -A), тому при адіабатному розширенні температура газу знижується;

♦ Якщо газ стискають, то робота зовнішніх сил А' повністю витрачається на збільшення його внутрішньої енергії (∆U = А'), тому при адіабатному стисненні температура газу підвищується.

♦ Оскільки ідеальної теплоізолюючої оболонки в природі бути не може, то адіабатний процес у реальних умовах може бути тільки швидкоплинним: Q 0.

Графік адіабатного процесу в координатах р > V (рис. 6.6, б).

Рис. 6.6

Адіабата (Q = 0) розміщується більш круто, ніж ізотерма (Т = const). Це пояснюється тим, що при адіабатному стисненні збільшення тиску газу зумовлено не тільки збільшенням концентрації, як при ізотермічному стисненні, а й підвищенням температури.

6.2.3. ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ

Другий закон термодинаміки

• Неможливо здійснити такий періодичний процес, єдиним наслідком якого було б повне перетворення на роботу теплоти, отримуваної від нагрівана (формулювання Кельвіна).

• Неможливий процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого (формулювання Клаузіуса).

• Вічний двигун другого роду неможливий, тобто двигун, ККД якого при перетворенні теплоти на роботу дорівнює 100 % (формулювання Карно).

Упорядкований рух може переходити в неупорядкований спонтанно (природний процес) — це, наприклад, перетворення механічної енергії на теплову. Зворотний процес спонтанно відбуватися не може (необоротний процес), але він можливий за умови виконання роботи зовнішніми силами.