و اطلاعات تاریخی

1) M.V. لومونوسوف، با انجام استدلال هماهنگ و آزمایش های ساده، به این نتیجه رسید که "علت گرما در حرکت درونی ذرات ماده محدود نهفته است ... معروف است که گرما با حرکت برانگیخته می شود: دست ها از متقابل گرم می شوند. اصطکاک، چوب آتش می گیرد، جرقه ها با برخورد سیلیکون به فولاد بیرون می زند، وقتی ذرات آن با ضربات قوی جعل می شوند، آهن گرم می شود.

2) ب. رامفورد که در یک کارخانه تولید توپ کار می کرد، متوجه شد که هنگام حفاری لوله توپ بسیار داغ می شود. مثلاً یک استوانه فلزی به وزن حدود 50 کیلوگرم را در یک جعبه آب قرار داد و با سوراخ کردن داخل استوانه با مته، آب داخل جعبه را در عرض 2.5 ساعت به جوش آورد.

3) دیوی در سال 1799 انجام داد تجربه جالب. دو تکه یخ وقتی به یکدیگر مالیده می‌شوند شروع به ذوب شدن کرده و به آب تبدیل می‌شوند.

4) دکتر کشتی رابرت مایر در سال 1840 هنگام سفر به جزیره جاوه متوجه شد که پس از طوفان آب دریا همیشه گرمتر از قبل است.

محاسبه کار.

در مکانیک، کار به عنوان حاصل ضرب مدول نیرو و جابجایی تعریف می شود: A=FS. هنگام در نظر گرفتن فرآیندهای ترمودینامیکی، حرکت مکانیکی ماکروبدی ها به عنوان یک کل در نظر گرفته نمی شود. مفهوم کار در اینجا با تغییر در حجم بدن همراه است، یعنی. حرکت بخش‌هایی از یک کلان بدن نسبت به یکدیگر. این فرآیند منجر به تغییر در فاصله بین ذرات و همچنین اغلب به تغییر در سرعت حرکت آنها و در نتیجه تغییر در انرژی داخلی بدن می شود.

بگذارید گازی در سیلندر با پیستون متحرک در یک دما وجود داشته باشد تی 1 (شکل). گاز را به آرامی تا دمایی گرم می کنیم تی 2. گاز به صورت ایزوبار منبسط می شود و پیستون از موقعیت حرکت می کند 1 به موقعیت 2 به فاصله Δ ل. نیروی فشار گاز روی اجسام خارجی کار خواهد کرد. زیرا پ= const، سپس نیروی فشار اف = pSهمچنین ثابت بنابراین با استفاده از فرمول می توان کار این نیرو را محاسبه کرد آ=اف Δ ل=pS Δ ل=پ Δ V, A= p Δ V

جایی که Δ V- تغییر در حجم گاز اگر حجم گاز تغییر نکند ( فرآیند همحجم، سپس کار انجام شده توسط گاز صفر می شود.

چرا انرژی درونی بدن با انقباض یا انبساط تغییر می کند؟ چرا گاز در هنگام فشرده شدن گرم و در هنگام انبساط سرد می شود؟

دلیل تغییر دمای گاز در هنگام فشرده سازی و انبساط به شرح زیر است: در طول برخوردهای الاستیک مولکول ها با پیستون متحرک، انرژی جنبشی آنها تغییر می کند.

• اگر گاز فشرده شود، در حین برخورد، پیستونی که به سمت مولکول ها حرکت می کند، بخشی از آن را منتقل می کند. انرژی مکانیکی، باعث گرم شدن گاز می شود.

• اگر گاز منبسط شود، پس از برخورد با پیستون عقب نشینی، سرعت مولکول ها کاهش می یابد. در نتیجه گاز خنک می شود.

در طول فشرده سازی و انبساط، میانگین انرژی پتانسیل تعامل بین مولکول ها نیز تغییر می کند، زیرا این امر میانگین فاصله بین مولکول ها را تغییر می دهد.

کار نیروهای خارجی، بر روی گاز عمل می کند

• وقتی گاز فشرده می شود، چه زمانیΔ V= V 2 – V 1 < 0 , A>0، جهت نیرو و جابجایی منطبق است.
• هنگام گسترش، زمانی کهΔ V= V 2 – V 1 > 0، A<0, направления силы и перемещения противоположны.

اجازه دهید معادله کلاپیرون - مندلیف را برای دو حالت گازی بنویسیم:

pV 1 = m/M*RT 1 ; pV 2 = متر / متر * RT 2 ⇒

پ(V 2 − V 1 )= m/M*آر(تی 2 − تی 1 ).

بنابراین، در یک فرآیند ایزوباریک

آ= m/M*آرΔ تی.

اگر متر = م(1 مول گاز ایده آل)، سپس در Δ Τ = 1 K دریافت می کنیم آر = آ. از این نتیجه می شود معنای فیزیکی ثابت گاز جهانی: از نظر عددی برابر است با کاری که 1 مول از گاز ایده آل انجام می دهد وقتی که به صورت ایزوبار 1 K گرم شود.

تفسیر هندسی اثر:

در نمودار p = f(V) برای یک فرآیند همسان، کار برابر است با مساحت مستطیل سایه دار در شکل a).

اگر فرآیند ایزوباریک نباشد (شکل b)، آنگاه منحنی پ = f(V) را می توان به صورت یک خط شکسته متشکل از تعداد زیادی ایزوکور و ایزوبار نشان داد. کار بر روی مقاطع ایزوکریک صفر است و کل کار روی تمام مقاطع ایزوباریک برابر با مساحت شکل سایه دار خواهد بود. در یک فرآیند همدما ( تی= const) کار برابر است با مساحت شکل سایه دار نشان داده شده در شکل ج.

هنگامی که ساختارها تغییر شکل می دهند، نقاط اعمال نیروهای خارجی حرکت می کنند و نیروهای خارجی در حرکات مشخص کار می کنند.

بیایید کار مقداری نیروی تعمیم یافته را محاسبه کنیم (شکل 2.2.4)، که از صفر به مقدار معینی به آرامی افزایش می یابد، به طوری که نیروهای اینرسی جرم های متحرک را می توان نادیده گرفت. چنین باری معمولاً استاتیک نامیده می شود.

شکل 2.2.4

اجازه دهید در یک لحظه دلخواه تغییر شکل نیرو مربوط به جابجایی عمومی است . افزایش بی نهایت کوچک در نیرو به مقدار
باعث افزایش بی نهایت کوچکی در جابجایی خواهد شد
. بدیهی است که کار ابتدایی یک نیروی خارجی، اگر از مقادیر بی نهایت کوچک درجه دوم غفلت کنیم،

کل کار انجام شده توسط نیروی تعمیم یافته استاتیکی ، که باعث یک حرکت عمومی شد ,

. (2.2.5)

انتگرال حاصل مساحت نمودار است
که برای سیستم های تغییر شکل خطی مساحت مثلث با پایه مقدار جابجایی نهایی است. و ارتفاع مقدار نیروی نهایی

(2.2.6)

برنج. 2.2.5

بنابراین، کار واقعی تحت عمل استاتیکی یک نیروی تعمیم یافته بر روی یک سیستم الاستیک برابر است با نصف حاصلضرب مقدار نهایی نیرو و مقدار نهایی جابجایی تعمیم یافته مربوطه (قضیه کلاپیرون).

در مورد عمل استاتیکی بر روی یک سیستم الاستیک با چندین نیروی تعمیم یافته، کار تغییر شکل برابر است با نصف مجموع حاصل از مقدار نهایی هر نیرو و مقدار نهایی جابجایی کل متناظر.

(2.2.7)

و به ترتیب بارگذاری سیستم بستگی ندارد.

کار نیروهای داخلی.

نیروهای داخلی ناشی از تغییر شکل سیستم های الاستیک نیز کار را انجام می دهند.

یک عنصر میله ای را با طول در نظر بگیرید
(شکل 2.2.6). که در مورد کلیبرای خمش صفحه، عمل قسمت های برداشته شده از میله بر روی عنصر باقی مانده توسط نیروهای محوری حاصل بیان می شود.
، نیروهای برشی و لحظات خم شدن
. این نیروها که در شکل 2.2.6 توسط خطوط توپر نشان داده شده اند، نسبت به عنصر انتخاب شده خارجی هستند.

شکل 2.2.6

نیروهای داخلی که با خطوط چین نشان داده می شوند، با تغییر شکل ناشی از نیروهای خارجی مخالف هستند، از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند.

اجازه دهید کار انجام شده را به طور جداگانه توسط هر ضریب نیروی داخلی محاسبه کنیم.

اجازه دهید عنصر فقط عمل نیروهای محوری را تجربه کند که به طور یکنواخت بر روی مقطع توزیع شده است (شکل 2.2.6).

برنج. 2.2.7

طویل شدن عنصر در نتیجه این امر

,

کار به تدریج از صفر به ارزش افزایش می یابد
نیروهای داخلی بر این جنبش.

. (2.2.8)

کار نیروهای داخلی منفی است، بنابراین فرمول حاصل دارای علامت منفی است.

اجازه دهید اکنون یک عنصر را تحت عمل لنگرهای خمشی در نظر بگیریم (شکل 2.2.8).

زاویه چرخش متقابل مقاطع المان

.

کار لحظه های خم شدن

. (2.2.9)

برنج. 2.2.8

کار افزایش تدریجی نیروهای عرضی داخلی با در نظر گرفتن توزیع تنش های مماسی بر سطح مقطع و بر اساس قانون هوک را می توان به شکل زیر نوشت:

, (2.2.10)

جایی که - ضریب بسته به شکل مقطع.

اگر میله در معرض پیچش قرار گیرد، کار ابتدایی افزایش تدریجی گشتاور است

(2.2.11)

در نهایت، در حالت کلی عمل بر روی یک تیر در مقاطع، شش عامل نیروی داخلی داریم که کار آنها را می توان با فرمول تعیین کرد.

کار گاز

1. قانون اول ترمودینامیک

وجود دو روش برای انتقال انرژی به یک سیستم ترمودینامیکی به ما این امکان را می دهد که از نقطه نظر انرژی فرآیند تعادل انتقال یک سیستم از هر حالت اولیه 1 به حالت دیگر 2 را تجزیه و تحلیل کنیم. . تغییر در انرژی داخلی سیستم

 U 1-2 = U 2 - U 1

در چنین فرآیندی برابر با مقدار کار استآ’ 1-2 بر روی سیستم توسط نیروهای خارجی و گرما انجام می شودس 1-2 سیستم گزارش شده:

 U 1-2 = آ ’ 1-2 + س 1-2 (2. 3 )

کارآ’ 1-2 از نظر عددی مساوی و مقابل علامت کار استآ 1-2 توسط خود سیستم در برابر نیروهای خارجی در همان فرآیند انتقال متعهد شده است:

آ’ 1-2 = - آ 1-2 .

بنابراین، عبارت (2.6) را می توان به طور متفاوت بازنویسی کرد:

س 1-2 =  U 1-2 + آ 1-2 (2. 3 )

قانون اول ترمودینامیک: گرمای وارد شده به یک سیستم صرف تغییر انرژی داخلی سیستم و انجام کار توسط سیستم در برابر نیروهای خارجی می شود.

 س = dU +  آ (2. 3 )

dU - انرژی داخلی، یک دیفرانسیل کل است.

سو آدیفرانسیل کامل نیستند

س 1-2 =
(2. 3 )

.

از لحاظ تاریخی، استقرار اولین قانون ترمودینامیک با شکست در ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول (perpetuum mobile) همراه بود که در آن یک ماشین بدون دریافت گرما از خارج و بدون صرف هیچ نوع انرژی کار را انجام می داد. قانون اول ترمودینامیک می گوید ساخت چنین موتوری غیرممکن است.

س 1-2 =  U 1-2 + آ 1-2

1. کاربرد قانون اول ترمودینامیک در ایزوفرایندها.

   1. فرآیند ایزوباریک

آر= ثابت

آ = = پ ( V 2 - V 1 ) = پ  V ,

جایی که p فشار گاز است، V - تغییر در حجم آن.

زیراPV 1 = RT 1 ; PV 2 = RT 2,

کهV 2 - V 1 = (تی 2 – تی 1 ) و

A = آر(تی 2 – تی 1 ); (2. 3 )

بنابراین، ما آن را دریافت می کنیمثابت گاز جهانی آر برابر است با کاری که یک مول گاز ایده آل زمانی که دمای آن در فشار ثابت یک کلوین افزایش می یابد، انجام می دهد.

با در نظر گرفتن عبارت (2.10)، معادله قانون اول ترمودینامیک (2.8) را می توان به صورت زیر نوشت:

 Q = dU + pdV. (2.3)

1. فرآیند همحجم

V = پایاناز این رو،dV = 0

 A =پ V = 0

 س =  U.

 س =  U = آر تی (2. 3 )

1. فرآیند ایزوترمال

T =پایان,

U = 0 انرژی داخلی یک گاز ایده آل تغییر نمی کند و

س =  آ

آ = =
= RTln (2. 3 )

برای اینکه دمای گاز در حین انبساط کاهش نیابد، باید مقداری گرما معادل کار خارجی انبساط به گاز در طی یک فرآیند همدما داده شود، یعنی. A = س.

در عمل، هر چه فرآیند کندتر پیش رود، با دقت بیشتری می توان آن را همدما در نظر گرفت.

جی از نظر گرافیکی، کار در طول یک فرآیند همدما از نظر عددی برابر با مساحت برآمدگی سایه دار در شکل 1 است.

با مقایسه مساحت شکل های زیر مقاطع ایزوترم و ایزوبار می توان نتیجه گرفت که انبساط گاز از حجمV 1 تا حجمV 2 در همان مقدار اولیه فشار گاز، در حالت انبساط ایزوباریک، با انجام کار بیشتری همراه است.

1. ظرفیت حرارتی گازها

ظرفیت گرماییبا هر جسمی نسبت مقدار بی نهایت کوچکی از گرما استد س ، دریافت شده توسط بدن، به افزایش مربوطهdT دمای آن:

سی بدن = (2. 3 )

این مقدار بر حسب ژول بر کلوین (J/K) اندازه گیری می شود.

هنگامی که جرم یک جسم برابر با واحد باشد، ظرفیت گرمایی را گرمای ویژه می گویند. با حرف کوچک c نشان داده می شود. بر حسب ژول بر کیلوگرم اندازه گیری می شود . کلوین (J/kg . K) بین ظرفیت گرمایی یک مول از یک ماده و ظرفیت گرمایی ویژه همان ماده رابطه وجود دارد

(2. 3 )

با استفاده از فرمول های (2.12) و (2.15) می توانیم بنویسیم

(2. 3 )

ظرفیت حرارتی در حجم ثابت از اهمیت ویژه ای برخوردار استبا V و فشار ثابتبا آر . اگر حجم ثابت بماند، پسdV = 0 و طبق قانون اول ترمودینامیک (2.12) تمام گرما برای افزایش انرژی داخلی بدن می رود.

 س = dU (2. 3 )

از این برابری نتیجه می شود که ظرفیت گرمایی یک مول گاز ایده آل در حجم ثابت برابر است با

(2. 3 )

از اینجاdU  = سی V dT، و انرژی داخلی یک مول گاز ایده آل برابر است با

U  = سی V تی (2. 3 )

انرژی داخلی یک جرم دلخواه گازتی با فرمول تعیین می شود

(2. 3 )

با توجه به اینکه برای 1 مول گاز ایده آل

U = RT,

و شمارش درجات آزادیمن بدون تغییر، برای ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت به دست می آوریم

سی v = = (2. 3 )

ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت

با v = = (2. 3 )

برای جرم دلخواه گاز، رابطه زیر معتبر است:

 س = dU = RdT; (2. 3 )

اگر گرمایش گاز با فشار ثابت اتفاق بیفتد، آنگاه گاز منبسط می‌شود و کار مثبتی روی نیروهای خارجی انجام می‌دهد. بنابراین، ظرفیت گرمایی در فشار ثابت باید بیشتر از ظرفیت گرمایی در حجم ثابت باشد.

اگر 1 مول گاز درایزوباریک مقدار گرما در فرآیند گزارش می شود سسپس مفهوم ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت C را معرفی می کند آر = را می توان نوشت

 س = سی پ dT;

جایی که سی پ - ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت

زیرا مطابق با قانون اول ترمودینامیک

 س =  A + dU = RdT +RdT =

=(R +R)dT = (R +با V )dT،

که

با آر ==R+با V . (2. 3 )

این نسبت نامیده می شودمعادله مایر :

بیان برای C آر را نیز می توان به صورت زیر نوشت:

با آر = آر + آر =
. (2. 3 )

ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابتبا پ با تقسیم عبارات (2.26) به :

با پ =
(2. 3 )

در ارتباط ایزوباریک با گازی با جرممترمقدار گرما سانرژی داخلی آن به مقدار زیاد افزایش می یابد U = سی V  تی، و مقدار گرمای منتقل شده به گاز در طی یک فرآیند ایزوباریک است س= سی پ  تی.

با تعیین نسبت ظرفیت های حرارتی حرف ، ما گرفتیم

(2. 3 )

به طور مشخص،  1 و فقط به نوع گاز (تعداد درجات آزادی) بستگی دارد.

از فرمول های (2.22) و (2.26) نتیجه می شود که ظرفیت های گرمایی مولی فقط با تعداد درجه آزادی تعیین می شود و به دما بستگی ندارد. این بیانیه در محدوده دمایی نسبتاً گسترده فقط برای گازهای تک اتمی با درجه آزادی انتقالی معتبر است. برای گازهای دو اتمی، تعداد درجات آزادی که در ظرفیت گرمایی آشکار می شود، به دما بستگی دارد. یک مولکول گاز دو اتمی دارای سه درجه آزادی انتقالی است: انتقالی (3)، چرخشی (2) و ارتعاشی (2).

بنابراین، تعداد کل درجه آزادی به 7 می رسد و برای ظرفیت گرمایی مولی در حجم ثابت باید به دست آوریم: C V = .

از وابستگی تجربی ظرفیت گرمایی مولی هیدروژن نتیجه می شود که C V بستگی به دما دارد: در دمای پایین ( 50 ک) با V = , در اتاق C V = و بسیار بالا - C V = .

اختلاف بین تئوری و آزمایش با این واقعیت توضیح داده می شود که هنگام محاسبه ظرفیت گرمایی، لازم است کمی انرژی چرخش و ارتعاش مولکول ها را در نظر بگیریم (هیچ گونه انرژی چرخشی و ارتعاشی امکان پذیر نیست، بلکه فقط یک گسسته خاص وجود دارد. مجموعه ای از مقادیر انرژی). اگر انرژی حرکت حرارتی، به عنوان مثال، برای تحریک نوسانات کافی نباشد، این نوسانات به ظرفیت گرمایی کمک نمی کنند (درجه آزادی مربوطه "یخ زده" است - قانون توزیع یکنواخت انرژی برای آن اعمال نمی شود) . این توضیح می دهد که برانگیختگی متوالی (در دماهای معین) درجه آزادی که انرژی حرارتی را جذب می کند، و در شکل 1 نشان داده شده است. 13 اعتیاد سی V = f ( تی ).

فرمول های پایه ترمودینامیک و فیزیک مولکولی، که برای شما مفید خواهد بود. یک روز عالی دیگر برای تمرین عملی فیزیک. امروز فرمول هایی را که اغلب برای حل مسائل ترمودینامیک و فیزیک مولکولی استفاده می شود، گرد هم می آوریم.

پس بزن بریم. سعی می کنیم قوانین و فرمول های ترمودینامیک را به اختصار بیان کنیم.

گاز ایده آل

گاز ایده آل یک ایده آل سازی است، درست مانند یک نقطه مادی. مولکول های چنین گازی نقاط مادی هستند و برخورد مولکول ها کاملاً کشسان است. ما از برهمکنش مولکول ها در فاصله دور غفلت می کنیم. در مسائل ترمودینامیک، گازهای واقعی اغلب ایده آل تلقی می شوند. به این ترتیب زندگی کردن بسیار ساده تر است و مجبور نیستید با بسیاری از اصطلاحات جدید در معادلات سر و کار داشته باشید.

بنابراین، چه اتفاقی برای مولکول های یک گاز ایده آل می افتد؟ بله، آنها در حال حرکت هستند! و منطقی است که بپرسیم با چه سرعتی؟ البته ما علاوه بر سرعت مولکول ها به وضعیت کلی گاز خود نیز علاقه مندیم. چه فشاری P به دیواره های ظرف وارد می کند، چه حجم V را اشغال می کند، دمای آن T چقدر است.

برای فهمیدن همه اینها، معادله گاز ایده آل حالت یا وجود دارد معادله کلاپیرون - مندلیف

اینجا متر - جرم گاز، م - وزن مولکولی آن (ما آن را از جدول تناوبی پیدا می کنیم)، آر – ثابت گاز جهانی برابر با 8.3144598(48) J/(mol*kg).

ثابت گاز جهانی را می توان بر حسب سایر ثابت ها بیان کرد ( ثابت بولتزمن و عدد آووگادرو )

جرمدر ، به نوبه خود، می تواند به عنوان محصول محاسبه شود تراکم و جلد .

معادله پایه نظریه جنبشی مولکولی (MKT)

همانطور که قبلاً گفتیم، مولکول های گاز حرکت می کنند و هر چه دما بالاتر باشد، سریعتر است. بین فشار گاز و میانگین انرژی جنبشی E ذرات آن رابطه وجود دارد. این ارتباط نامیده می شود معادله پایه نظریه سینتیک مولکولی و دارای شکل:

اینجا n - غلظت مولکول ها (نسبت تعداد آنها به حجم) E - انرژی جنبشی متوسط بر این اساس، می توان آنها و همچنین ریشه میانگین سرعت مربع مولکول ها را با استفاده از فرمول ها پیدا کرد:

انرژی را با معادله اول جایگزین کنید، و شکل دیگری از معادله اصلی را دریافت می کنیم MKT

قانون اول ترمودینامیک. فرمول های ایزوفرایندها

یادآوری می کنیم که قانون اول ترمودینامیک می گوید: مقدار گرمای منتقل شده به گاز برای تغییر انرژی داخلی گاز U و انجام کار A توسط گاز می رود.فرمول قانون اول ترمودینامیک به صورت زیر نوشته شده است. به شرح زیر است:

همانطور که می دانید برای گاز اتفاقی می افتد، ما می توانیم آن را فشرده کنیم، می توانیم آن را گرم کنیم. در این مورد، ما علاقه مند به فرآیندهایی هستیم که در یک پارامتر ثابت رخ می دهند. بیایید ببینیم قانون اول ترمودینامیک در هر یک از آنها چگونه است.

راستی! اکنون برای همه خوانندگان تخفیف وجود دارد 10% بر هر نوع کاری.

همدما روند در دمای ثابت رخ می دهد. قانون بویل-ماریوت در اینجا اعمال می شود: در یک فرآیند همدما، فشار گاز با حجم آن نسبت معکوس دارد. در فرآیند همدما:

با حجم ثابت پیش می رود. این فرآیند با قانون چارلز مشخص می شود: در حجم ثابت، فشار مستقیماً با دما متناسب است. در یک فرآیند ایزوکوریک، تمام گرمای عرضه شده به گاز برای تغییر انرژی داخلی آن می رود.

با فشار ثابت کار می کند قانون Gay-Lussac بیان می کند که در فشار ثابت گاز، حجم گاز نسبت مستقیمی با دما دارد. در یک فرآیند ایزوباریک، گرما هم برای تغییر انرژی داخلی و هم برای انجام کار توسط گاز می رود.

. فرآیند آدیاباتیک فرآیندی است که بدون تبادل حرارت با محیط رخ می دهد. این به این معنی است که فرمول قانون اول ترمودینامیک برای یک فرآیند آدیاباتیک به شکل زیر است:

انرژی داخلی گاز ایده آل تک اتمی و دو اتمی

ظرفیت گرمایی

گرمای خاص برابر با مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن یک کیلوگرم ماده به اندازه یک درجه سانتیگراد.

علاوه بر ظرفیت گرمایی ویژه، وجود دارد ظرفیت گرمایی مولی (مقدار گرمای لازم برای گرم کردن یک مول از یک ماده به اندازه یک درجه) در حجم ثابت و ظرفیت گرمایی مولی در فشار ثابت در فرمول های زیر i تعداد درجات آزادی مولکول های گاز است. برای گاز تک اتمی i=3، برای گاز دو اتمی – 5.

ماشین های حرارتی فرمول کارایی در ترمودینامیک

موتور گرمایی در ساده ترین حالت، از یک بخاری، یک یخچال و یک سیال کار تشکیل شده است. بخاری گرما را به سیال کار می دهد، کار می کند، سپس توسط یخچال خنک می شود و همه چیز تکرار می شود. O v یک نمونه معمولی از یک موتور حرارتی، یک موتور احتراق داخلی است.

بهره وری موتور حرارتی با فرمول محاسبه می شود

بنابراین ما فرمول های پایه ترمودینامیک را جمع آوری کرده ایم که در حل مسائل مفید خواهد بود. البته اینها همه فرمول های مبحث ترمودینامیک نیستند، اما آگاهی از آنها واقعا می تواند به شما کمک کند. و اگر سوالی دارید به خاطر بسپارید خدمات دانشجویی، که متخصصان آن در هر زمان آماده هستند تا به کمک بیایند.

>>فیزیک: کار در ترمودینامیک

در نتیجه چه فرآیندهایی انرژی داخلی می تواند تغییر کند؟ قبلاً می دانید که دو نوع از این فرآیندها وجود دارد: کار و انتقال حرارت. بیایید با کار شروع کنیم. در هنگام فشردگی و انبساط گاز و اجسام دیگر برابر است؟
کار در مکانیک و ترمودینامیک.که در مکانیککار به عنوان حاصل ضرب مدول نیرو، مدول جابجایی نقطه اعمال آن و کسینوس زاویه بین آنها تعریف می شود. وقتی نیرویی بر جسم متحرک وارد می شود، کار برابر با تغییر انرژی جنبشی آن است.
که در حرکت بدن به عنوان یک کل در نظر گرفته نمی شود، ما در مورددر مورد حرکت اجزای یک جسم ماکروسکوپی نسبت به یکدیگر. در نتیجه، حجم بدن ممکن است تغییر کند، اما سرعت آن برابر با صفر باقی بماند. کار در ترمودینامیک مانند مکانیک تعریف می شود، اما برابر با تغییر انرژی جنبشی بدن نیست، بلکه با تغییر انرژی درونی آن برابر است.
تغییر در انرژی درونی هنگام انجام کار.چرا انرژی درونی بدن با انقباض یا انبساط بدن تغییر می کند؟ چرا به ویژه هنگام باد کردن لاستیک دوچرخه هوا گرم می شود؟
دلیل تغییر دمای گاز در هنگام تراکم آن به شرح زیر است: در هنگام برخورد الاستیک مولکول های گاز با پیستون متحرک، انرژی جنبشی آنها تغییر می کند. بنابراین، هنگام حرکت به سمت مولکول های گاز، پیستون در هنگام برخورد بخشی از انرژی مکانیکی خود را به آنها منتقل می کند و در نتیجه گاز گرم می شود. پیستون مانند یک بازیکن فوتبال عمل می کند که با یک ضربه به توپ ورودی برخورد می کند. پا سرعتی به توپ می دهد که به طور قابل توجهی بیشتر از سرعتی است که قبل از ضربه در اختیار داشت.
برعکس، اگر گاز منبسط شود، پس از برخورد با پیستون عقب نشینی، سرعت مولکول ها کاهش می یابد و در نتیجه گاز سرد می شود. یک بازیکن فوتبال به همین ترتیب عمل می کند تا سرعت یک توپ در حال پرواز را کاهش دهد یا آن را متوقف کند - پای بازیکن فوتبال از توپ دور می شود، گویی جای خود را به آن می دهد.
هنگامی که فشرده سازی یا انبساط رخ می دهد، میانگین انرژی پتانسیل تعامل بین مولکول ها نیز تغییر می کند، زیرا فاصله متوسط ​​بین مولکول ها نیز تغییر می کند.
محاسبه کار.بیایید کار را بسته به تغییر حجم با استفاده از مثال گاز در سیلندر زیر پیستون محاسبه کنیم ( شکل 13.1).

ساده ترین راه این است که ابتدا نیروی وارد بر گاز از بدن خارجی (پیستون) را محاسبه نکنید، بلکه نیروی فشار گازی که بر روی پیستون وارد می شود با نیروی . طبق قانون سوم نیوتن . مدول نیروی وارد شده از گاز روی پیستون برابر است با ، جایی که پ- فشار گاز و اس- مساحت سطح پیستون اجازه دهید گاز به صورت ایزوبار منبسط شود و پیستون با فاصله کمی در جهت نیرو جابجا شود . از آنجایی که فشار گاز ثابت است، کار انجام شده توسط گاز به صورت زیر است:

این کار را می توان بر حسب تغییر حجم گاز بیان کرد. حجم اولیه آن V 1 = Sh 1، و فینال V 2 = Sh 2. از همین رو

تغییر حجم گاز کجاست
هنگام انبساط، گاز کار مثبت انجام می دهد، زیرا جهت نیرو و جهت حرکت پیستون با هم مطابقت دارند.
اگر گاز فشرده شود، فرمول (13.3) برای کار گاز معتبر باقی می ماند. اما حالا ، و بنابراین (شکل 13.2).

کار آانجام شده توسط اجسام خارجی روی گاز با کار انجام شده توسط خود گاز متفاوت است آفقط آشنا: ، از آنجایی که نیروی وارد بر گاز بر خلاف نیرو است و حرکت پیستون ثابت می ماند. بنابراین، کار نیروهای خارجی وارد بر گاز برابر است با:

هنگامی که گاز فشرده می شود، زمانی که، کار نیروی خارجی مثبت می شود. باید اینگونه باشد: وقتی گاز فشرده می شود، جهت نیرو و جابجایی نقطه اعمال آن با هم مطابقت دارند.
اگر فشار ثابت بماند، در حین انبساط گاز انرژی خود را از دست می دهد و آن را به اجسام اطراف منتقل می کند: پیستون در حال افزایش، هوا و غیره. گاز خنک می شود. وقتی گاز فشرده می شود، برعکس، اجسام خارجی انرژی را به آن منتقل می کنند و گاز گرم می شود.
تفسیر هندسی اثر.کار کنید آگاز برای مورد فشار ثابت را می توان یک تفسیر هندسی ساده ارائه داد.
بیایید نموداری از وابستگی فشار گاز به حجمی که اشغال می کند بسازیم ( شکل 13.3). اینجا مساحت مستطیل است abdc، با برنامه محدود شده است ص 1=const، محور Vو بخش ها abو سی دیبرابر با فشار گاز، عددی برابر با کار (13.3) است:

به طور کلی فشار گاز ثابت نمی ماند. به عنوان مثال، در طول یک فرآیند همدما به نسبت معکوس حجم کاهش می یابد ( شکل 13.4). در این صورت برای محاسبه کار باید کل تغییر حجم را به قطعات کوچک تقسیم کنید و کار ابتدایی (کوچک) را محاسبه کنید و سپس همه را جمع کنید. کار انجام شده توسط گاز هنوز از نظر عددی برابر با مساحت شکل محدود شده توسط نمودار وابستگی است پاز جانب V، محور Vو بخش ها abو سی دیبرابر فشار ص 1, p2در حالت اولیه و نهایی گاز.

???
1. چرا گازها هنگام فشرده شدن گرم می شوند؟
2. آیا نیروهای خارجی کار مثبت یا منفی را در طول فرآیند همدما انجام می دهند که در شکل 13.2 نشان داده شده است؟

G.Ya.Myakishev، B.B.Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک کلاس دهم

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین وظایف و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، سوالات بحث تکلیف منزل سوالات بلاغیاز دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کامل طرح تقویمبرای یک سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

اگر اصلاحات یا پیشنهادی برای این درس دارید،