Термодинаміка n; 1 - Робота сил тиску та тепловіддачі
Робота над силами тиску та тепловіддачами
Фундаментальне: Робота сил тиску
Робота сил тиску: обмін енергією макроскопічного походження, тобто робота сил, визначених у нашому масштабі і які діють на поверхню, що обмежує систему.
Ми розглядаємо циліндр, закритий рухомим поршнем.
Зовнішня сила тиску записана:
Під час елементарного переміщення поршня його робота коштує:
Однак (варіація об'єму газу,> 0 на кресленні), таким чином:
Якщо (обсяг зменшується): робота є позитивною (газ отримує енергію у вигляді роботи).
Якщо (обсяг збільшується): робота негативна (газ розширюється і забезпечує роботу назовні).
Цей результат узагальнює на будь-який об'єм (газ, рідина, тверда речовина).
Таким чином, робота, отримана від сил зовнішнього тиску термодинамічною системою, яка бачить, що її об’єм змінюється на дВ, варта:
Метод: Випадок оборотного перетворення, геометрична інтерпретація твору
Під час оборотного перетворення зовнішній тиск постійно дорівнює внутрішньому тиску, тобто тиску системи.
Тому робота сил тиску варта:
Примітка: якщо об’єм залишається постійним, робота сил тиску дорівнює нулю.
Геометрична інтерпретація твору:
Тут і:
газ отримує негативну роботу (він забезпечує енергію у вигляді роботи зовні, оскільки розслабляє).
Площина (P, V) називається площиною Клапейрона (координати Клапейрона); Увага, P знаходиться на осі y і V на осі x !
Робота залежить від шляху, який пройшов шлях від того самого початкового стану до того самого кінцевого стану, як показано на наступному малюнку:
Площі, розмежовані кожною з трьох кривих, кожен раз різні: отже, робота, яку отримує система, залежить від пройденого шляху і не залежить лише від початкового стану та кінцевого стану.
Робота не є функцією держави.
Не пишіть: (але)
Не пишіть: але .
Випадок оборотного циклу:
Загальна площа, обмежена циклом, дає протилежність загальній роботі, яку отримує система, що виконує цикл.
Тут W працює по циклу
Приклад: Деякі конкретні перетворення
Постійне перетворення обсягу:
Перетворення при постійному зовнішньому тиску:
Оборотна ізотермічна трансформація ідеального газу:
Діатермальні стіни (або діатерманічні стіни): стіни, що пропускають тепло (на відміну від адіабатичних або атерманічних стін).
Термостат (або джерело тепла): дуже велике тіло, температура якого залишається постійною (тут дорівнює Т0), навіть коли тіло отримує тепло.
Тут ідеальний газ зазнає оборотного перетворення при постійній температурі; ми поговоримо про ізотермічне перетворення.
Використовуючи рівняння стану ідеального газу:
А загальна робота, отримана газом під час переробки, становить:
Знаючи це (закон Маріотта):
Основні: Тепловіддача (кількість тепла)
Теплообмін ("Тепло"): енергообмін на мікроскопічному рівні (приклад: жорстка ємність, що містить газ і поміщена на конфорку).
Позначимо через Q тепловіддачу, отриману системою (алгебраїчна величина,> або Приклад: Адіабатичне перетворення
Під час адіабатичного перетворення система не отримує теплообміну (Q = 0).
Для одноатомного ідеального газу, наприклад:
Отже, якщо W> 0 (стиснення повітря у велосипедному насосі), то: газ нагрівається, навіть не отримуючи тепла !
Тому важливо не обов'язково пов'язувати кількість тепла зі зміною температури. !
Приклад: Перетворення при постійному зовнішньому тиску
Визначимо функцію стану ентальпії:
Тоді тепловіддача визначається:
Приклад: оборотне адіабатичне перетворення ГП, закон Лапласа
Припущення: відсутність тепловіддачі та оборотності перетворення.
Закони Лапласа перевіряються:
Або, що еквівалентно:
Зверніть увагу, що робота, отримана газом під час перетворення, безпосередньо визначається: