Работа газа При изменении его объема. Внутренняя энергия термодинамической системы.
работа при изменении объема газа - работа, совершаемая газом при расширении или сжатии. Работа при изобарном изменении объема газа пропорциональна изменению его объема.
Если газ расширяется, то он совершает положительную работу.
Если газ сжимается, то он совершает отрицательную работу.
Для рассмотрения конкретных процессов найдем в общем виде внешнюю работу, совершаемую газом при изменении его объема. Рассмотрим, например, газ, находящийся под поршнем в цилиндрическом сосуде . Если газ, расширяясь, передвигает поршень на бесконечно малое расстояние dl, то производит над ним работу
dA=Fdl=pSdl=pdV,где S — площадь поршня, Sdl=dV— изменение объема системы. Таким образом,dA=pdV.Полную работу A, совершаемую газом при изменении его объема от V1 до V2, найдем:интеграл(V1-V2)pdV
Полная энергия термодинамической системы представляет собой сумму кинетической энергии движения всех тел, входящих в систему, потенциальной энергии взаимодействия их между собой и с внешними телами и энергии, содержащейся внутри тел системы. Если из полной энергии вычесть кинетическую энергию, характеризующую макроскопическое движение системы как целого, и потенциальную энергию взаимодействия её тел с внешними макроскопическими телами, то оставшаяся часть будет представлять собой внутреннюю энергию термодинамической системы. Если две равновесные термодинамические системы, находятся в тепловом контакте и имеют одинаковую температуру, то совокупная термодинамическая система находится в состоянии термодинамического равновесия при той же температуре.
Если какая-либо равновесная термодинамическая система имеет одну и ту же температуру с двумя другими системами, то эти три системы находятся в термодинамическом равновесии при одной и той же температуре.
С учетом вышеизложенного, для конечных величин изменения параметров ТС, т.е. для случая перехода системы из состояния 1 в состояние 2 можно записать следующее равенство, позволяющее рассчитать изменение внутренней энергии DU1-2:
DU1-2 = Q1-2 + A1-2' = Q1-2 - A1-2 (13.1) или
Q1-2 = DU1-2 + A1-2, (13.2)
где A1-2 - работа, совершаемая системой против действия внешних сил;
A1-2' - работа, совершаемая внешними силами над системой
Q1-2 - количество теплоты, сообщенное системе.
При переходе к бесконечно малым изменениям будет справедливо следующее равенство:
dQ = dU + dA, (13.3)
где величины элементарного количества теплоты dQ и работы и dA положительны, если теплота подводится к системе и система совершает работу над внешними силами.
Работа и количество теплоты не являются функциями состояния, но их элементарные количества определяют изменение внутренней энергии системы, что и отражено в уравнении (13.3).
|
