Термодинамический метод изучения макросистем. Основные понятия термодинамики. Внутренняя энергия, работа, количество теплоты.

Термодинамический подход. Систему рассматривают без учета её внутренней структуры. При этом используют понятия и величины, относящиеся к системе в целом. Например, идеальный газ в состоянии равновесия характеризуют объёмом, давлением и температурой (V, P и T). Экспериментально устанавливают связь между этими величинами. Для термодинамического подхода характерно использование термодинамических потенциалов для описания систем, находящихся в равновесном или слабо неравновесном состоянии. Для сильно неравновесных нелинейных систем описание состояния через потенциалы невозможно.

Основные понятия термодинамики

Совокупность тел, могущих энергетически взаимодействовать между собой и с телами, оставшимися за границами, выделяющими эту совокупность, называется термодинамической системой. Характер взаимодействия ее с окружающими телами определяется условиями, наложенными на границы. Если через границы не происходит обмена веществом, то говорят о закрытой термодинамической системе. Открытая термодинамическая система такой обмен предполагает. Закрытая система, имеющая границы, не допускающие ее взаимодействия с окружающими телами, является изолированной системой.

Состояние системы, в котором ее свойства не изменяются во времени, называется равновесным состоянием. В настоящем курсе в качестве термодинамической системы часто будет рассматриваться рабочее тело – вещество, посредством которого осуществляются рабочие процессы теплоэнергетических установок. Такие системы обладают многими свойствами, которые не являются независимыми друг от друга. Термодинамика устанавливает, что равновесное состояние термомеханической системы в общем случае однозначно определяется заданием двух ее параметров, в качестве которых могут быть приняты любые термодинамические свойства. Всякое другое термодинамическое свойство системы будет определено заданием этих параметров. Математическое выражение такой зависимости называется уравнением состояния. Например, аналитическая зависимость между температурой, давлением и удельным объемом называется термическим уравнением состояния. Его можно представить в виде v = f (p,T) или p = f (v,T)

Величина, значение которой определяется состоянием системы, независимо от того каким путем пришла система в это состояние, называется функцией состояния. Поскольку для задания состояния системы необходимо указать два параметра, такую функцию можно представить как

z = f (x,y) (1.1)

где z – любая функция состояния; x, y – параметры системы.

Вну́тренняя эне́ргия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы.Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии: — подведённая к телу теплота, измеренная в джоулях — работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях 

Работа в термодинамике равно изменению внутренней энергии тела. Работа над газом выполняется внешними силами при его сжатии. Работа самого газа выполняется при его расширении. Пусть газ расширяется так, что поршень на рис.9.2 поднимается на величину dx. Тогда газ выполнит работу (S – площадь поршня). Эта величина называется элементарной работой газа. Работа при расширении газа от

объема V₁ до V₂ будет равна.

Q - энергия, которую тело теряет или приобретает при передаче тепла.

Количество теплоты, переданное телу, идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы (Первый закон термодинамики). 

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.