ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ
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.