Содержание
Теплообмен
Изменение внутренней энергии возможно в результате теплообмена,а также при совершении работы.
Теплообмен - процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.
Количество теплоты - Q - энергия, получаемая или отдаваемая телом в процессе теплообмена.
Работа, совершаемая газом, $$ A=p\Delta V $$ где $ \Delta V=V_{2}-V_{1} $ - изменение объема газа. При расширении газа $ \Delta V> 0 $, при его $ \Delta V< 0 $
Первый закон термодинамики: количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:
$$ Q=\Delta U+A $$
Из первого закона термодинамики - в не изолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии $ \Delta U $ равно сумме количеств теплоты $ Q $ , переданного системе,и работы A внешних сил:
$$ Q=\Delta U=A $$
Если процесс теплообмена не сопровождается работой ($ A=0 $) , то количество теплоты ($ Q=\Delta U $) пропорционально изменению температуры $ \Delta T $ : $$ Q=cm\Delta T $$
m -масса тела,
c - удельная теплоемкость вещества.
Количество теплоты Q , необходимое для испарения жидкости при постоянной температуре,пропорционально массе жидкости m, превратившийся в пар: $$ Q=rm $$
r - удельная теплота парообразования
При конденсации: $$ Q=-rm $$
При плавлении:
Количество теплоты $ Q{пл} $, необходимое для плавления кристаллического льда при постоянной температуре,пропорционально расплавленной массе тела: $$ Q{пл}=\lambda m $$
$ \lambda $ - удельная теплота плавления
При кристаллизации: $$ Q{кр}=-\lambda m $$
Тепловой двигатель - устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.
Для циклического процесса требуется сжатие газа, которое не может происходить самопроизвольно. Необходимое уменьшение давления газа возможно при его охлаждении.
Наличие нагревателя и холодильника - необходимое условие для непрерывной работы теплового двигателя.
Замкнутый процесс (цикл) - совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.
Коэффициент полезного действия теплового двигателя - отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.
$$ \eta =\frac{A^{*}}{Q_{1}}=\frac{Q_{1}-Q_{2}}{T_{1}} $$
$ A^{*} $ -работа газа в цикле, $ Q_{1} $ -количество теплоты , отдаваемое холодильнику.
Максимальное значение КПД тепловой машины : $$ \eta _{max}=\frac{T_{1}-T_{2}}{T_{1}} $$
$ T_{1} $ -температура нагревателя, $ T_{2} $ -температура холодильника.
КПД теплового двигателя всегда меньше единицы
Использование тепловых двигателей неблагоприятно влияет на окружающую среду.
Тепловое расширение тел: $$ l=l_{0}\left ( 1+\alpha \Delta T \right ) $$
$$ V=V_{0}\left ( 1+\beta \Delta T \right ) $$
$ l_{0} $ и $ V_{0} $ - длина и объем тела про температуре тела $$ T_{0}=273K $$ д и V -длина и объем тела при температуре $$ T=T_{0}+\Delta T $$ $ \alpha $ - температурный коэффициент длины $ \beta $ - температурный коэффициент объема.
