Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели

Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты:

• Внутренняя энергия тела это сумма кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом:
  • 
• Внутренняя энергия одноатомного идеального газа  прямо пропорциональна его абсолютной температуре:
  • 

• Работа внешней силы изменяющей объем газа на
• Работа, совершаемая газом при изобарном расширении:

• Теплообмен (теплопередача) это  процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы
• Количество теплоты Q это  количественная  мера изменения внутренней энергии при теплообмене. Если система (тело) получает энергию, то ΔQ системы > 0, если отдает энергию, то ΔQ системы < 0
• Адиабатный (адиабатический процесс) это процесс, протекающий в теплоизолированной системе (которая не поличает тепло извне и не отдает его):  ΔQ=0
• Теплоемкость это отношение количества теплоты, которое необходимо для изменения температуры тела на ΔT к разности температур:
  • 
• Удельная теплоемкость это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1°К:
  • 

Тепловые явления:

Нагревание Охлаждение		c - удельная теплоемкость
Испарение (парообразование) это процесс, при котором молекулы жидкости высвобождаются из жидкости и становятся молекулами газа.  Кипение это испарение, происходящее как с поверхности жидкости, так и внутри самой жидкости.		r -удельная теплота парообразования
Конденсация это процесс превращения пара в жидкость
Плавление это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое		λ -удельная теплота парообразования
Кристаллизация (отвердевание) это переход вещества из жидкого состояния в твердое
Сгорание топлива		q -удельная теплота сгорания

• Справочно, численные данные:
  • Температуры, кипения, плавления, прочие... Перевод единиц измерения температуры.
  • Теплоемкость. Удельные теплоемкости. Коэффициент (показатель) адиабаты.
  • Теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности.
  • Удельная теплота парообразования (конденсации).
  • Удельная теплота сгорания (теплотворная способность). Высшая и низшая теплота сгорания. Потребность в кислороде

Первый закон термодинамики:

Справочно, подробнее: Первый закон термодинамики = Закон сохранения энергии, внутренняя энергия, тепло, работа, энтальпия, энтропия

• Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил A и количества теплоты, переданного системе Q:
  • ΔU=Q+A
• Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:
  • ΔU=Q+A'

Применение первого закона термодинамики к различным процессам:

Уравнение теплового баланса:

• В адиабатной системе сумма количеств теплоты, полученных и отданных телами равен нулю:
  • 

Второй закон термодинамики:

Справочно, подробно - 2-й закон термодинамики. Энтропия. Определение энтропии. Эффективность теплового двигателя. Тепловой цикл Карно. Неубывание энтропии

• Второй закон термодинамики. Формулировка Р. Клаузиуса: Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самостоятельно от тел более холодных к телам более нагретым.

Тепловые двигатели:

• Тепловой двигатель -  устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую.
• Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД):
  • 
• Машина Карно:  идеальная тепловая машина с идеальным газом в качестве рабочего тела.
• КПД машины Карно:
  • 
• Теорема Карно: КПД всякой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной машины с теми же  температурами нагревателя и холодильника.