| Назва: | Термодинаміка |
| Тип: | Реферати |
| Мова: | Українська |
| Розмiр: | 272,17 KB |
| Скачувань: | 124 |
Стала Больцмана показує скільки роботи припадає в середньому на одну молекулу ідеального газу при ізобаричному нагріванні на один Кельвін
8. Адіабатичний процес
АДІАБАТИЧНИЙ ПРОЦЕС (грец. αδιαβατος — неперехідний) — в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з навколишнім середовищем. Його можна здійснити, дуже швидко стискуючи або розріджуючи газ.
Так, при поширенні звукових хвиль у повітрі чи іншому тілі, у місцях згущення частинок температура підвищується, а в місцях розрідження — знижується. За дуже малий період коливання не відбувається помітного обміну теплом між місцями згущення і розрідження.
Під час адіабатичного стискування тіла внутрішня енергія його збільшується, а при адіабатичному розширенні — зменшується. Виконана робота при цьому дорівнює величиною і протилежна знаком зміні внутрішній енергії системи.
Формули
В адіабатичному процесі, внутрішня енергія робочого тіла повинна зменшуватись
Математично адіабатичний процес описується рівнянням
де P — тиск, V — об’єм,
CP — молярна теплоємність за умов постійного тиску, а CV — молярна теплоємність за умов постійного об’єму. Для одноатомного ідеального газу, γ = 5 / 3, а для двоатомного (таких як водень або кисень, головних складових повітря) γ = 1.4. Ця формула може бути застосована лише для класичних газів.
Для адіабатичного процесу теплообмін з навколишнім середовищем відсутній, тобто кількість теплоти Q = 0. Тоді, відповідно до першого закону термодинаміки,
де E — внутрішня енергія системи, а W — робота, що виконується самою системою. Будь-яка робота (W) здійснюється за рахунок витрат внутрішньої енергії E, адже надходження теплоти ззовні немає. Робота W, що виконується системою визначається як
Однак P не залишається константою в адіабатичному процесі, а змінюється разом з V.
Бажано знати, як величини ΔP та ΔV співвідносяться між собою в адіабатичному процесі. Припустимо тепер, що в нас є одноатомний газ, тоді
де R — універсальна газова стала.
Нехай задані ΔP та ΔV, тоді W = PΔV та
Тепер підставимо (2) та (3) в рівняння (1) та отримаємо:
спрощуючи,
Розділимо обидві частини на PV,
З диференціального числення відомо, що
що може бути записано як
для визначених констант P0 та V0 первісного стану. Далі
Після зведення у ступінь обох частин,
та позбавлення від мінуса,
тоді
та
Графіки адіабат
Властивості адіабат на P-V діаграмах такі:
(1) кожна адіабата асимптотично досягає як вісі V, так і вісі P (як і ізотерми).
(2) кожна адіабата перехрещується з кожною ізотермою тільки в одній точці.
(3) адіабата виглядає схожою на ізотерму, за винятком того, що при адіабатичному розширенні витрачається більше тиску ніж при ізотермічному, тому вона має більший уклін (більш "вертикальна").
(4) якщо ізотерми увігнуті "північно-східному" напрямку (45 °), то адіабати увігнуті у "схід-північно-східному" (31 °).
Наступне креслення зображує P-V діаграму з суперпозицією адіабат та ізотерм.
Ізотерми — червоні лінії, адіабати — чорні. Абсциса -- вісь V, ордината -- вісь P.
9. Термодинамíчна фаза
Термодінамíчна фаза — термодинамічно рівноважний стан речовини, відмінний по своїми фізичними властивостями від інших фаз тієї ж речовини. Різні фази володіють різними варіантами упаковки молекул (для кристалічних фаз, різними кристалічними ґратками), і, отже, своїми характерними значеннями коефіцієнта стисливості, коефіцієнта теплового розширення і іншими характеристиками. Крім того, різні фази можуть мати різні електричні (сегнетоелектрики), магнітними (феромагнетики), і оптичні властивості (наприклад, твердий кисень).
Термодинамічні фази на фазовій діаграмі
На фазовій діаграмі речовини різні термодинамічні фази займають певні області. Лінії, що розділяють різні термодинамічні фази, називаються лініями фазового переходу. Якщо речовина знаходиться в умовах, що відповідають крапці усередині якої-небудь області, то воно повністю знаходиться в цій термодинамічній фазі. Якщо ж стан речовини відповідає точці на одній з ліній фазових переходів, то речовина в термодинамічній рівновазі може знаходитися частково в одній, а частково в іншій фазі. Пропорція двох фаз визначається, як правило, повною енергією, запасеною системою. При повільній (адіабатичному) зміні тиску або температури, речовина описується точкою, що рухається, на фазовій діаграмі. Якщо ця точка в своєму русі перетинає одну з ліній, що розділяють термодинамічні фази, відбувається фазовий перехід при якому фізичні властивості речовини міняються стрибкоподібно.
Не всі фази повністю відокремлені один від одного лінією фазового переходу. В деяких випадках, ця лінія може обриватися, закінчуючись критичною крапкою. В цьому випадку, можливий поступовий, а не стрибкоподібний перехід з однієї фази в іншу в обхід лінії фазових переходів.
8. Адіабатичний процес
АДІАБАТИЧНИЙ ПРОЦЕС (грец. αδιαβατος — неперехідний) — в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з навколишнім середовищем. Його можна здійснити, дуже швидко стискуючи або розріджуючи газ.
Так, при поширенні звукових хвиль у повітрі чи іншому тілі, у місцях згущення частинок температура підвищується, а в місцях розрідження — знижується. За дуже малий період коливання не відбувається помітного обміну теплом між місцями згущення і розрідження.
Під час адіабатичного стискування тіла внутрішня енергія його збільшується, а при адіабатичному розширенні — зменшується. Виконана робота при цьому дорівнює величиною і протилежна знаком зміні внутрішній енергії системи.
Формули
В адіабатичному процесі, внутрішня енергія робочого тіла повинна зменшуватись
Математично адіабатичний процес описується рівнянням
де P — тиск, V — об’єм,
CP — молярна теплоємність за умов постійного тиску, а CV — молярна теплоємність за умов постійного об’єму. Для одноатомного ідеального газу, γ = 5 / 3, а для двоатомного (таких як водень або кисень, головних складових повітря) γ = 1.4. Ця формула може бути застосована лише для класичних газів.
Для адіабатичного процесу теплообмін з навколишнім середовищем відсутній, тобто кількість теплоти Q = 0. Тоді, відповідно до першого закону термодинаміки,
де E — внутрішня енергія системи, а W — робота, що виконується самою системою. Будь-яка робота (W) здійснюється за рахунок витрат внутрішньої енергії E, адже надходження теплоти ззовні немає. Робота W, що виконується системою визначається як
Однак P не залишається константою в адіабатичному процесі, а змінюється разом з V.
Бажано знати, як величини ΔP та ΔV співвідносяться між собою в адіабатичному процесі. Припустимо тепер, що в нас є одноатомний газ, тоді
де R — універсальна газова стала.
Нехай задані ΔP та ΔV, тоді W = PΔV та
Тепер підставимо (2) та (3) в рівняння (1) та отримаємо:
спрощуючи,
Розділимо обидві частини на PV,
З диференціального числення відомо, що
що може бути записано як
для визначених констант P0 та V0 первісного стану. Далі
Після зведення у ступінь обох частин,
та позбавлення від мінуса,
тоді
та
Графіки адіабат
Властивості адіабат на P-V діаграмах такі:
(1) кожна адіабата асимптотично досягає як вісі V, так і вісі P (як і ізотерми).
(2) кожна адіабата перехрещується з кожною ізотермою тільки в одній точці.
(3) адіабата виглядає схожою на ізотерму, за винятком того, що при адіабатичному розширенні витрачається більше тиску ніж при ізотермічному, тому вона має більший уклін (більш "вертикальна").
(4) якщо ізотерми увігнуті "північно-східному" напрямку (45 °), то адіабати увігнуті у "схід-північно-східному" (31 °).
Наступне креслення зображує P-V діаграму з суперпозицією адіабат та ізотерм.
Ізотерми — червоні лінії, адіабати — чорні. Абсциса -- вісь V, ордината -- вісь P.
9. Термодинамíчна фаза
Термодінамíчна фаза — термодинамічно рівноважний стан речовини, відмінний по своїми фізичними властивостями від інших фаз тієї ж речовини. Різні фази володіють різними варіантами упаковки молекул (для кристалічних фаз, різними кристалічними ґратками), і, отже, своїми характерними значеннями коефіцієнта стисливості, коефіцієнта теплового розширення і іншими характеристиками. Крім того, різні фази можуть мати різні електричні (сегнетоелектрики), магнітними (феромагнетики), і оптичні властивості (наприклад, твердий кисень).
Термодинамічні фази на фазовій діаграмі
На фазовій діаграмі речовини різні термодинамічні фази займають певні області. Лінії, що розділяють різні термодинамічні фази, називаються лініями фазового переходу. Якщо речовина знаходиться в умовах, що відповідають крапці усередині якої-небудь області, то воно повністю знаходиться в цій термодинамічній фазі. Якщо ж стан речовини відповідає точці на одній з ліній фазових переходів, то речовина в термодинамічній рівновазі може знаходитися частково в одній, а частково в іншій фазі. Пропорція двох фаз визначається, як правило, повною енергією, запасеною системою. При повільній (адіабатичному) зміні тиску або температури, речовина описується точкою, що рухається, на фазовій діаграмі. Якщо ця точка в своєму русі перетинає одну з ліній, що розділяють термодинамічні фази, відбувається фазовий перехід при якому фізичні властивості речовини міняються стрибкоподібно.
Не всі фази повністю відокремлені один від одного лінією фазового переходу. В деяких випадках, ця лінія може обриватися, закінчуючись критичною крапкою. В цьому випадку, можливий поступовий, а не стрибкоподібний перехід з однієї фази в іншу в обхід лінії фазових переходів.
Новости загрузка новостей...