ARBEIT (in der Thermodynamik) ARBEIT (in der Thermodynamik)

ARBEIT, in der Thermodynamik:
1) eine der Formen des Energieaustauschs (zusammen mit Wärme) eines thermodynamischen Systems (physischer Körper) mit umgebenden Körpern;
2) quantitative Eigenschaften der Energieumwandlung in physikalischen Prozessen hängen von der Art des Prozesses ab; Die Arbeit eines Systems ist positiv, wenn es Energie abgibt, und negativ, wenn es Energie aufnimmt.

Enzyklopädisches Wörterbuch. 2009 .

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Kraft, ein Maß für die Wirkung einer Kraft, abhängig von der numerischen Größe und Richtung der Kraft sowie von der Bewegung des Angriffspunkts. Wenn die Kraft F numerisch und in der Richtung konstant ist und die Verschiebung M0M1 geradlinig ist (Abb. 1), dann gilt P. A = F s cosa, wobei s = M0M1, und der Winkel... ... Physische Enzyklopädie

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In der Thermodynamik:..1) eine der Formen des Energieaustauschs (zusammen mit Wärme) eines thermodynamischen Systems (physikalischer Körper) mit umgebenden Körpern;..2) ein quantitatives Merkmal der Energieumwandlung in physikalischen Prozessen, abhängig von der Art Verfahren;… … Großes enzyklopädisches Wörterbuch

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In der Thermodynamik ist 1) eine der Formen des Energieaustauschs (zusammen mit Wärme) die Thermodynamik. Systeme (physische Körper) mit umgebenden Körpern; 2) Mengen. charakteristisch für die Energieumwandlung in physikalische. Prozesse, hängt von der Art des Prozesses ab; R. des Systems ist positiv,... ... Naturwissenschaft. Enzyklopädisches Wörterbuch

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Bücher

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Die innere Energie eines Gases ändert sich, wenn es von einem Zustand in einen anderen übergeht. Betrachten wir, wie diese Änderung mit der Wirkung äußerer Kräfte auf das Gas oder des Gases gegen äußere Kräfte zusammenhängt. Betrachten Sie dazu einen Zylinder mit beweglichem Kolben. Wenn sich der Kolben in einem beliebigen kleinen Bereich bewegt, ändert sich das Gasvolumen und es wird Arbeit verrichtet, die dem Produkt der Kraft entspricht, die vom im Zylinder befindlichen Gas auf den Kolben einwirkt, und der Bewegung des Kolbens unter dem Einfluss dieser Kraft : Δ A i = F iΔ X.Arbeit ist positiv, wenn Kraft- und Wegrichtung übereinstimmen, und negativ, wenn sie entgegengesetzt sind. Daraus folgt, dass beim Komprimieren eines Gases die Arbeit äußerer Kräfte positiv ist und wenn es sich ausdehnt positive Arbeit Um die Arbeit zu berechnen, die ein Gas verrichtet, wenn sich sein Volumen ändert, können Sie in der definierenden Arbeitsgleichung die auf den Kolben im Zylinder wirkende Kraft durch das Produkt aus Gasdruck und Fläche ersetzen ​der Kolben. Wir stellen fest, dass die Arbeit in der Thermodynamik durch das Produkt aus Gasdruck und der Änderung seines Volumens bestimmt wird:

Δ A i = p i SΔ X = p iΔ V.

Thermodynamische Arbeit- eine Methode der Energieübertragung, die mit Änderungen der externen Parameter des Systems verbunden ist.

Mechanische Arbeit ist definiert als:

δA=(F→DR−→), wo F→ - Stärke und DR−→ - elementare (infinitesimale) Verschiebung Die elementare Arbeit eines thermodynamischen Systems an der äußeren Umgebung kann wie folgt berechnet werden:

δA=(F→DR−→)=P(ds−→DR−→)=PdV, Wo ds−→ - Normale einer elementaren (infinitesimalen) Fläche, P- Druck und dV- eine verschwindend geringe Volumenzunahme. Die Arbeit im thermodynamischen Prozess 1→2 drückt sich somit wie folgt aus: A=∫12PdV.

Der Arbeitsaufwand hängt vom Weg ab, auf dem das thermodynamische System vom Zustand 1 in den Zustand 2 übergeht, und ist keine Funktion des Zustands des Systems. Dies ist leicht zu beweisen, wenn man das bedenkt geometrische Bedeutung bestimmtes Integral – die Fläche unter dem Kurvendiagramm. Da die Arbeit durch ein Integral bestimmt wird, ist die Fläche unter der Kurve und damit die Arbeit je nach Verlauf des Prozesses unterschiedlich. Solche Größen werden Funktionen des Prozesses genannt, obwohl die Bezeichnung Arbeit in der physikalischen Chemie immer noch verwendet wird A Gemäß den IUPAC-Empfehlungen sollte die Arbeit in der chemischen Thermodynamik als bezeichnet werden W. Die Autoren können jedoch jede beliebige Notation verwenden, sofern sie ihnen eine Dekodierung geben.

Die innere Energie eines thermodynamischen Systems kann sich auf zwei Arten ändern: durch am System verrichtete Arbeit und durch Wärmeaustausch mit Umfeld. Als Energie bezeichnet man die Energie, die ein Körper beim Wärmeaustausch mit der Umgebung aufnimmt oder verliert Wärmemenge oder einfach Wärme. Wärme ist eine der grundlegenden thermodynamischen Größen in der klassischen phänomenologischen Thermodynamik. Die Wärmemenge ist in den mathematischen Standardformulierungen des ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik enthalten. Um die innere Energie eines Systems durch Wärmeaustausch zu ändern, muss auch Arbeit geleistet werden. Dabei handelt es sich jedoch nicht um makroskopische Arbeit, die mit der Verschiebung der Systemgrenzen verbunden ist. Auf mikroskopischer Ebene besteht diese Arbeit aus der Arbeit von Kräften, die auf die Moleküle des Systems an der Kontaktgrenze eines stärker erhitzten Körpers mit einem weniger erhitzten Körper wirken, d. h. Energie wird durch Kollisionen von Molekülen übertragen. Aus Sicht der molekularkinetischen Theorie manifestiert sich der Unterschied zwischen Arbeit und Wärme daher nur darin, dass die Ausführung mechanischer Arbeit die geordnete Bewegung von Molekülen auf makroskopischer Ebene und die Übertragung von Energie von einem stärker erhitzten Ort erfordert Energie kann auch durch Strahlung von einem Körper auf einen anderen übertragen werden, und zwar ohne deren direkten Kontakt. Die Wärmemenge ist keine Funktion des Zustands und der von einem System aufgenommenen Wärmemenge Jeder Prozess hängt von der Art und Weise ab, wie er vom Anfangszustand in den Endzustand überführt wurde Internationales System Einheiten (SI) sind Joule. Die Kalorie wird auch als Maßeinheit für die Wärme verwendet. IN Russische Föderation Die Kalorie ist als nicht-systemische Einheit zeitlich unbefristet mit dem Anwendungsbereich „Industrie“ zugelassen.

Definition

Die Wärmemenge ist in der mathematischen Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik enthalten, der wie folgt geschrieben werden kann ΔQ = A + ΔU. Hier ΔU- Änderung der inneren Energie des Systems, ΔQ ist die an das System übertragene Wärmemenge und A- vom System geleistete Arbeit. Allerdings muss die Definition von Wärme unabhängig vom ersten Prinzip die Methode ihrer Messung angeben. Da Wärme die beim Wärmeaustausch übertragene Energie ist, ist ein kalorimetrischer Testkörper erforderlich, um die Wärmemenge zu messen. Durch die Veränderung der inneren Energie des Prüfkörpers lässt sich die vom System auf den Prüfkörper übertragene Wärmemenge beurteilen. Ohne die Verwendung eines Prüfkörpers verliert das erste Prinzip die Bedeutung eines sinnvollen Gesetzes und wird zu einer Bestimmung der für Berechnungen unbrauchbaren Wärmemenge in einem System, das aus zwei Körpern besteht X Und Y, Körper Y(Test) ist in einer starren adiabatischen Hülle eingeschlossen. Dann ist es nicht in der Lage, makroskopische Arbeit zu leisten, kann aber Energie (also Wärme) mit dem Körper austauschen X. Nehmen wir an, dass der Körper X ist zudem fast vollständig von einer adiabatischen, aber nicht starren Hülle umschlossen, so dass es zwar mechanische Arbeit verrichten, mit ihr jedoch nur Wärme austauschen kann Y. Die Wärmemenge, auf den Körper übertragen X In einem Prozess wird die Menge aufgerufen Q X = −ΔU Y, Wo ΔU Y- Veränderung der inneren Energie des Körpers Y. Nach dem Energieerhaltungssatz gilt Vollzeitstelle Die vom System durchgeführte Abnahme ist gleich der Abnahme der gesamten inneren Energie des Systems aus zwei Körpern: A = −ΔU x − ΔUy, Wo A- makroskopische Arbeit des Körpers X, was es uns ermöglicht, diese Beziehung in Form des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik zu schreiben: ΔQ = A +ΔU x Somit kann die in der phänomenologischen Thermodynamik eingebrachte Wärmemenge mithilfe eines kalorimetrischen Körpers gemessen werden (dessen Änderung der inneren Energie durch die Anzeige des entsprechenden makroskopischen Geräts beurteilt werden kann). Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgt, dass die eingeführte Definition der Wärmemenge korrekt ist, also die Unabhängigkeit der entsprechenden Größe von der Wahl des Prüfkörpers Y und die Methode des Wärmeaustauschs zwischen Körpern. Mit dieser Bestimmung der Wärmemenge wird der erste Hauptsatz zu einem aussagekräftigen Gesetz, das eine experimentelle Überprüfung ermöglicht, da alle drei im Ausdruck für den ersten Hauptsatz enthaltenen Größen unabhängig voneinander gemessen werden können.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik- einer der drei Grundsätze der Thermodynamik, ist der Energieerhaltungssatz für thermodynamische Systeme. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik wurde formuliert Mitte des 19 Jahrhundert als Ergebnis der Arbeit des deutschen Wissenschaftlers J. R. Mayer, des englischen Physikers J. P. Joule und des deutschen Physikers G. Helmholtz. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann ein thermodynamisches System nur aufgrund seiner inneren Energie oder externer Energiequellen Arbeit leisten. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik wird oft als die Unmöglichkeit der Existenz eines Perpetuum Mobile erster Art formuliert, das Arbeit verrichten würde, ohne Energie aus irgendeiner Quelle zu beziehen.

Kommt es in einer äußeren Umgebung, die überall unter dem gleichen Druck P steht, zu einer infinitesimalen Ausdehnung eines Systems durch Wärmezufuhr, so geht mit einer Vergrößerung des Volumens des Systems V um einen infinitesimalen Wert dV Arbeit einher:

was das System auf die Umgebung ausführt und aufgerufen wird Volumenänderungsarbeit (mechanische Arbeit).

Wenn sich das Volumen eines Körpers von Volumenwert zu Volumenwert ändert, ist die vom System geleistete Arbeit gleich:

Aus der Formel (*) folgt, dass und immer die gleichen Vorzeichen haben:

Wenn , dann und , d.h. während der Expansion ist die Arbeit des Körpers positiv, während der Körper selbst die Arbeit verrichtet;

Wenn , dann und , also bei der Kompression, ist die Arbeit des Körpers negativ: Das bedeutet, dass nicht der Körper die Arbeit verrichtet, sondern für seine Kompression Arbeit von außen aufgewendet wird.

Betrachten wir nun die Arbeit, die das System an einem externen Objekt ausführt. Der betreffende Körper sei ein Gas, das sich in einem Zylinder unter einem Kolben befindet. Der Kolben wird von oben mit einer Last belastet.

Durch die Wärmezufuhr zum Gas dehnte es sich von Volumen zu Volumen aus. Gleichzeitig bewegte sich der Kolben mit der Last von Höhe zu Höhe.

Durch die Ausdehnung des Körpers wird folgende Arbeit verrichtet:

und die potentielle Energie der Last erhöht sich um:

Die Differenz zwischen der Expansionsarbeit und dem Zuwachs an potentieller Energie stellt die nützliche äußere Arbeit (verfügbare oder technische Arbeit) dar, die der Körper am äußeren Objekt verrichtet:

Das -Diagramm wird häufig in der Thermodynamik verwendet. Da der Zustand eines thermodynamischen Systems durch zwei Parameter bestimmt wird, wird er im -Diagramm durch einen Punkt dargestellt. In der Abbildung entspricht Punkt 1 dem Anfangszustand des Systems, Punkt 2 dem Endzustand und Linie 1-2 dem Expansionsprozess des Arbeitsmediums von bis .

Mechanische Arbeit wird grafisch auf einer Ebene dargestellt, deren Fläche zwischen der Prozesskurve und der Volumenachse liegt.

Die geleistete Arbeit wird grafisch auf einer Ebene dargestellt, deren Fläche zwischen der Prozesskurve und der Druckachse liegt.

Die Arbeit hängt von der Art des thermodynamischen Prozesses ab.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist das Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung.

Für thermodynamische Prozesse legt das Gesetz den Zusammenhang zwischen Wärme, Arbeit und Änderungen der inneren Energie des thermodynamischen Systems fest.

Erklärung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik:

Die dem System zugeführte Wärme wird für die Energieumwandlung des Systems und die Verrichtung mechanischer Arbeit aufgewendet.

Für 1 kg Substanz hat die Gleichung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik die Form:

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik kann auch in einer anderen Form geschrieben werden.

Wenn man bedenkt, dass die Enthalpie gleich ist:

und seine Veränderung:

Lassen Sie uns die Veränderung der inneren Energie durch den Ausdruck ausdrücken:

und setze es in die Gleichung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik ein

Bisher haben wir nur Systeme betrachtet, in denen sich Materie nicht im Raum bewegt. Es ist jedoch zu beachten, dass der erste Hauptsatz der Thermodynamik allgemeiner Natur ist und für alle thermodynamischen Systeme gilt, sowohl stationäre als auch bewegte.

Nehmen wir an, dass das Arbeitsmedium einer thermomechanischen Einheit (z. B. Turbinenschaufeln) zugeführt wird. Das Arbeitsmedium verrichtet technische Arbeit, treibt beispielsweise einen Turbinenrotor an und wird dann über das Abgasrohr abgeführt.

Schreiben wir den ersten Hauptsatz der Thermodynamik für ein stationäres System:

Die Expansionsarbeit wird vom Arbeitsmedium an den Flächen verrichtet, die das gewählte Bewegungsvolumen begrenzen, also an den Wänden der Einheit. Ein Teil der Wände der Einheit ist bewegungslos und die Expansionsarbeit an ihnen ist gleich Null. Ein anderer Teil der Wände ist speziell beweglich gemacht (Arbeitsschaufeln in einer Turbine) und das Arbeitsmedium verrichtet an ihnen technische Arbeit.

Wenn ein Arbeiter die Einheit betritt und verlässt, erfolgt die sogenannte Repressionsarbeit:

Ein Teil der Expansionsarbeit () wird für die Erhöhung der kinetischen Energie des Arbeitsmediums in der Strömung aufgewendet, gleich .

Auf diese Weise:

Wenn wir diesen Ausdruck für mechanische Arbeit in die Gleichung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik einsetzen, erhalten wir:

Da die Enthalpie ist:

Die endgültige Form des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik für eine sich bewegende Strömung lautet:

Die dem Strom des Arbeitsmediums zugeführte Wärme wird dazu verwendet, die Enthalpie des Arbeitsmediums zu erhöhen und so zu produzieren technische Arbeit und eine Erhöhung der kinetischen Energie der Strömung.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Wärme in Arbeit und Arbeit in Wärme umgewandelt werden kann. Arbeit kann beispielsweise durch Reibung vollständig in Wärme umgewandelt werden, Wärme kann jedoch in einem sich periodisch wiederholenden (kontinuierlichen) Prozess nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik „ermöglicht“ die Schaffung einer Wärmekraftmaschine, die die zugeführte Wärme vollständig in Arbeit L umwandelt, d. h.:

Der zweite Hauptsatz legt strengere Beschränkungen fest und besagt, dass die Arbeit kleiner sein muss als die zugeführte Wärme () um die abgeführte Wärmemenge, d. h.:

Perpetuum Mobile kann erreicht werden, wenn Wärme von einer kalten auf eine heiße Quelle übertragen wird. Dafür muss jedoch Wärme spontan von einem kalten Körper auf einen heißen übertragen werden, was unmöglich ist.

Wärme kann nur von selbst von heißeren Körpern auf kältere übertragen werden. Die Übertragung von Wärme von kalten auf erhitzte Körper erfolgt nicht von selbst. Dies erfordert zusätzliche Energie.

Für eine vollständige Analyse von Phänomenen und Prozessen ist daher neben dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ein weiterer Hauptsatz erforderlich. Dieses Gesetz ist Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Sie legt fest, ob ein bestimmter Prozess möglich oder unmöglich ist, in welche Richtung der Prozess abläuft, wann das thermodynamische Gleichgewicht erreicht ist und unter welchen Bedingungen maximale Arbeit geleistet werden kann. Eine der Formulierungen Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik:

Damit eine Wärmekraftmaschine existiert, werden zwei Quellen benötigt: heiße Quelle und kalte Quelle(Umgebung).

Die Energie eines Systems hängt im Allgemeinen nicht nur von den Eigenschaften des Systems selbst, sondern auch von äußeren Bedingungen ab. Äußere Bedingungen, in dem sich das System befindet, kann durch die Angabe bestimmter Größen, sogenannter externer Parameter, charakterisiert werden. Einer dieser Parameter ist, wie bereits erwähnt, das Volumen des Systems. Die Wechselwirkung von Körpern, bei der sich ihre äußeren Parameter ändern, wird als mechanische Wechselwirkung bezeichnet, und der Prozess der Energieübertragung von einem Körper auf einen anderen während einer solchen Wechselwirkung wird als Arbeit bezeichnet . Der Begriff „Arbeit“ wird auch zur Bezeichnung einer physikalischen Größe verwendet. gleiche Energie, vom Körper bei der Ausführung von Arbeiten gesendet (oder empfangen).

In der Mechanik ist Arbeit definiert als das Produkt aus der Kraftprojektion auf die Richtung der Verschiebung und der Größe der Verschiebung. Wenn auf einen bewegten Körper eine Kraft einwirkt, wird Arbeit verrichtet und ist gleich der Änderung seiner kinetischen Energie. In der Thermodynamik wird die Bewegung eines Körpers als Ganzes nicht betrachtet. Dabei ist die vom System (bzw. am System) geleistete Arbeit mit einer Verschiebung seiner Grenzen verbunden, d. h. mit einer Änderung seines Volumens. Dies geschieht beispielsweise bei der Expansion (oder Kompression) von Gas, das sich in einem Zylinder unter dem Kolben befindet. Bei Gleichgewichtsprozessen wird die Elementararbeit, die ein Gas (oder an einem Gas) bei einer infinitesimalen Volumenänderung verrichtet, bestimmt als

Wo dh– infinitesimale Verschiebung des Kolbens (Systemgrenzen), P- Gasdruck. Wir sehen, dass sich das Gas ausdehnt ( ) die Arbeit, die er leistet, ist positiv ( ) und wenn komprimiert ) – negativ ( ).

Der gleiche Ausdruck bestimmt die Arbeit, die von jedem thermodynamischen System (oder an einem System) mit einer verschwindend geringen Volumenänderung geleistet wird. Aus Formel (5.4) folgt, dass, wenn das System selbst Arbeit verrichtet (was während der Expansion geschieht), die Arbeit positiv ist, wenn jedoch Arbeit am System verrichtet wird (während der Komprimierung), dann die von ihm geleistete Arbeit negativ ist. Wie wir sehen, sind die Vorzeichen der Arbeit in der Thermodynamik den Vorzeichen der Arbeit in der Mechanik entgegengesetzt.

Mit einer letzten Lautstärkeänderung von V 1 zu V 2 Arbeiten können durch die Integration elementarer Arbeiten ermittelt werden V 1 zu V 2:

(5.5)

Der Zahlenwert der Arbeit ist gleich der Fläche des durch die Kurve begrenzten krummlinigen Trapezes und gerade Und (Abb. 5.1). Da die Fläche durch die Achse begrenzt ist V und Kurve P(V), ist anders, dann wird die thermodynamische Arbeit anders sein. Daraus folgt, dass die thermodynamische Arbeit vom Übergangsweg des Systems von Zustand 1 in Zustand 2 abhängt und in einem geschlossenen Prozess (Kreislauf) ungleich Null ist. Darauf basiert der Betrieb aller Wärmekraftmaschinen (dies wird in Abschnitt 5.7 ausführlich besprochen).

Wir verwenden diese Formel, um die von einem Gas bei verschiedenen Isoprozessen geleistete Arbeit zu ermitteln. In einem isochoren Prozess V= const, und

Reis. 5.1

dafür arbeiten A= 0. Für einen isobaren Prozess P= const Arbeit . Um in einem isothermen Prozess gemäß Formel (5.5) zu integrieren, sollte man seine Integrandenfunktion ausdrücken P durch V nach der Formel des Clapeyron-Mendeleev-Gesetzes:

Wo – Anzahl der Gasmole. Wenn wir dies berücksichtigen, erhalten wir

(5.6)

Die innere Energie kann sich gemäß Formel (5.1) sowohl aufgrund einer Änderung (Zunahme oder Abnahme) der Energieniveaus des Systems als auch aufgrund der Umverteilung der Wahrscheinlichkeiten seiner verschiedenen Zustände ändern, d.h. aufgrund von Übergängen des Systems von einem Zustand in einen anderen. Die Leistung thermodynamischer Arbeit ist nur mit einer Verschiebung (oder Verformung) der Energieniveaus des Systems verbunden, ohne dass sich seine Verteilung zwischen den Zuständen ändert, d. h. ohne die Wahrscheinlichkeiten zu ändern. Wenn wir also im Fall eines Systems, das aus nicht wechselwirkenden Teilchen besteht (wie zum Beispiel im Fall eines idealen Gases), über die Energien einzelner Teilchen sprechen können, ist die Arbeitsleistung verbunden mit einer Änderung der Energie einzelner Teilchen ( ) mit einer konstanten Anzahl von Teilchen auf jedem Energieniveau. Dies ist in Abb. 1 am Beispiel des einfachsten Zweiebenensystems schematisch dargestellt. 5.2. Zum Beispiel

Reis. 5.2

Misst, wenn ein Gas durch einen Kolben komprimiert wird, überträgt der sich bewegende Kolben die gleiche Energie auf alle mit ihm kollidierenden Moleküle, die Energie auf die Moleküle der nächsten Schicht usw. übertragen. Dadurch erhöht sich die Energie jedes Teilchens um den gleichen Betrag. Als weiteres einfaches Beispiel für die Abhängigkeit der Energieniveaus eines Systems von seinen äußeren Parametern können wir den Ausdruck für die Energie eines Mikroteilchens in einem eindimensionalen, unendlich tiefen Potentialtopf geben

Wo M– Teilchenmasse, l– Größe des Partikelbewegungsbereichs, N– eine Ganzzahl ohne Null. Externer Parameter in in diesem Fall ist die Breite der Grube. Wenn sich die Breite des Brunnens ändert, verschieben sich die Energieniveaus Mit zunehmender Grubenbreite Energieniveaus verschieben sich nach unten , und wenn es abnimmt - hoch

Im Gegensatz zur mechanischen Arbeit, die der Änderung der kinetischen Energie eines Körpers entspricht, entspricht die thermodynamische Arbeit der Änderung seiner inneren Energie.

Es ist auch zu beachten, dass thermodynamische Arbeit ebenso wie mechanische Arbeit während des Prozesses der Zustandsänderung verrichtet wird und daher von der Art des Prozesses abhängt und keine Funktion des Zustands ist.

6.3. Arbeit in der Thermodynamik

Zuvor, in Abschnitt 6.1, haben wir über die Gleichgewichtszustände eines thermodynamischen Systems gesprochen; In diesen Zuständen sind die Parameter des Systems im gesamten Volumen identisch. Wenn wir anfangen, Arbeiten in thermodynamischen Systemen in Betracht zu ziehen, sollten wir damit rechnen, dass ihre Umsetzung mit einer Änderung des Volumens des Systems verbunden ist. Und dann stellt sich die Frage, von welchen Prozessen reden wir, wenn Gleichgewichtszustände betrachtet werden sollen? Die Antwort lautet wie folgt: Wenn der Prozess langsam ist, können die Werte der Zustandsparameter im gesamten Volumen als gleich betrachtet werden. Der Begriff „langsam“ muss hier geklärt werden. Erstens ist es mit dem Konzept der „Entspannungszeit“ verbunden – der Zeit, in der sich im System ein Gleichgewicht einstellt. Uns interessiert nun die Zeit des Druckausgleichs im System (Relaxationszeit), in der das thermodynamische System Arbeit verrichtet, die mit einer Volumenänderung verbunden ist; Für ein homogenes Gas beträgt diese Zeit ~ 10–16 s. Offensichtlich ist die Relaxationszeit im Vergleich zur Zeit von Prozessen in realen thermodynamischen Systemen (oder im Vergleich zur Messzeit) recht klein. Natürlich haben wir das Recht zu glauben, dass der reale Prozess eine Folge von Gleichgewichtszuständen ist, und daher haben wir das Recht, ihn als Linie im Diagramm darzustellen V, P(Abb. 6.1.). Natürlich können entlang der Achsen des Koordinatensystems Volumen und Temperatur oder Druck und Temperatur aufgetragen werden. Denn in der Algebra und nicht nur beim Zeichnen von Diagrammen wird die erste Koordinatenachse gelesen und geschrieben X, Und danach - bei, d.h. „ X, bei Wir hoffen, dass der Leser die „Achsen des Koordinatensystems“ lesen kann V, R", geht davon aus - entlang der Achse X Volumen eingezahlt wird V und entlang der Achse bei- Gasdruck R.

Machen wir uns mit der Art von Linien vertraut, die die einfachsten Prozesse in einem Koordinatensystem grafisch darstellen, entlang deren Achsen Zustandsparameter aufgetragen werden V, P(andere Koordinatenachsen sind möglich). Die Wahl des Koordinatensystems beruht auf der Tatsache, dass die durch die Prozesskurve und die beiden Extremkoordinaten für den Anfangs- und Endvolumenwert begrenzte Fläche gleich der Kompressions- bzw. Expansionsarbeit ist. In Abb. Abbildung 6.2 zeigt Diagramme von Isoprozessen, die aus demselben Ausgangszustand erstellt wurden. Die Kurve eines adiabatischen Prozesses (adiabatisch) ist steiler als bei einem isothermen Prozess (Isotherme). Dieser Umstand lässt sich anhand der Clapeyron-Gleichung für den Zustand von Gasen erklären:

(2)

Aus der Zustandsgleichung ausgedrückt R 1 und R 2, Druckdifferenz während der Gasausdehnung vom Volumen V 1 bis Volumen V 2 wird geschrieben:

. (3)

Hier, wie in Gleichung (2),
.

Bei der adiabatischen Expansion wird Arbeit an äußeren Körpern nur aufgrund der inneren Energie des Gases verrichtet, wodurch die innere Energie und damit die Temperatur des Gases sinkt; d.h. am Ende des adiabatischen Expansionsprozesses (Abb. 6.2) T 2 < T 1 (eine Begründung finden); in einem isothermen Prozess T 2 T 1 . Daher ist in Formel (3) die Druckdifferenz
bei adiabatischer Expansion wird sie größer sein als bei isothermer Expansion (Überprüfung durch Durchführung von Transformationen).

Wir erkennen, dass wir es mit Gleichgewichtsprozessen zu tun haben und machen uns mit deren grafischer Darstellung im Koordinatensystem vertraut ( V,P), fahren wir mit der Suche nach einem analytischen Ausdruck für die von einem thermodynamischen System geleistete externe Arbeit fort.

Die vom System geleistete Arbeit kann in Abhängigkeit von der Größe der auf das System einwirkenden äußeren Kräfte und vom Ausmaß der Verformung des Systems – Änderungen seiner Form und Größe – berechnet werden. Wenn entlang der Oberfläche äußere Kräfte wirken, beispielsweise in Form von äußerem Druck, der das System komprimiert, kann die Berechnung der äußeren Arbeit in Abhängigkeit von der Volumenänderung des Systems erfolgen. Betrachten Sie zur Veranschaulichung den Prozess der Expansion eines Gases, das in einem Zylinder mit Kolben eingeschlossen ist (Abb. 6.3). Nehmen wir an, dass der Außendruck in allen Bereichen entlang der Zylinderoberfläche gleich ist. Wenn sich der Kolben während der Expansion des Systems um eine Strecke bewegt dl, dann wird die vom System geleistete Elementararbeit geschrieben: dA F ds P S dl P dV; Hier S ist die Fläche des Kolbens und S dl dV– Änderung des Systemvolumens (Abb. 6.3). Wenn sich das System ausdehnt, bleibt der äußere Druck nicht immer konstant, also die geleistete Arbeit
System, wenn sich die Lautstärke ändert V 1 zu V 2 sollte als Summe der Elementarwerke berechnet werden, d. h. durch Integration:
. Aus der Arbeitsgleichung folgt, dass die Parameter des Anfangs ( P 1 ,V 1) und abschließend ( P 2 ,V 2) Die Zustände des Systems bestimmen nicht den Umfang der externen Arbeit; Sie müssen auch die Funktion kennen R(V), die die Druckänderung beim Übergang eines Systems von einem Zustand in einen anderen aufzeigt.

Abschließend sei darauf hingewiesen Wärmeaustausch zwischen dem System und der Umgebung hängt nicht nur von den Parametern des Anfangs- und Endzustands des Systems ab, sondern auch von der Abfolge der Zwischenzustände, die das System durchläuft. Dies folgt aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik: Q U 2 –U 1 A, Wo U 1 und U 2 werden nur durch die Festlegung der Parameter des Anfangs- und Endzustands sowie durch externe Arbeit bestimmt A Es hängt auch vom Übergangsprozess selbst ab. Dadurch die Hitze Q, die vom System beim Übergang von einem Zustand in einen anderen empfangen oder abgegeben wird, kann nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur seines Anfangs- und Endzustands ausgedrückt werden.

Abschluss der Exkursion zum Abschnitt „Thermodynamik. „Der erste Hauptsatz der Thermodynamik“ listen wir seine Schlüsselkonzepte auf: thermodynamisches System, thermodynamische Parameter, Gleichgewichtszustand, Gleichgewichtsprozess, reversibler Prozess, innere Energie des Systems, erster Hauptsatz der Thermodynamik, Arbeit eines thermodynamischen Systems, adiabatischer Prozess.

Mechanische Arbeit

Abmessungen SI-Einheiten SGS Notizen Abmessungen Berühmte Wissenschaftler Siehe auch: Portal:Physik

Mechanische Arbeit- Dies ist eine physikalische Größe - ein skalares quantitatives Maß für die Wirkung einer Kraft (resultierende Kräfte) auf einen Körper oder Kräfte auf ein Körpersystem. Hängt von der numerischen Größe und Richtung der Kraft(en) sowie von der Bewegung des Körpers (Körpersystems) ab.

Verwendete Notationen

Die Stelle wird in der Regel durch den Buchstaben bezeichnet A(aus dem Deutschen. A rbeit- Arbeit, Arbeit) oder Brief W(aus dem Englischen w Ork- Arbeit, Arbeit).

Definition

Auf einen materiellen Punkt ausgeübte Kraftarbeit

Die Gesamtarbeit der Bewegung eines materiellen Punktes, die von mehreren auf diesen Punkt ausgeübten Kräften geleistet wird, ist definiert als die Arbeit der Resultierenden dieser Kräfte (ihre Vektorsumme). Daher werden wir weiter über eine Kraft sprechen, die auf einen materiellen Punkt ausgeübt wird.

Bei geradliniger Bewegung eines materiellen Punktes und einem konstanten Wert der auf ihn ausgeübten Kraft ist die Arbeit (dieser Kraft) gleich dem Produkt aus der Projektion des Kraftvektors auf die Bewegungsrichtung und der Länge des erzeugten Verschiebungsvektors nach dem Punkt:

A = F s s = F s c o s (F , s) = F → ⋅ s → (\displaystyle A=F_(s)s=Fs\ \mathrm (cos) (F,s)=(\vec (F))\ cdot(\vec(s)))

Hier bezeichnet der Punkt das Skalarprodukt, s → (\displaystyle (\vec (s))) ist der Verschiebungsvektor; Es wird angenommen, dass die wirkende Kraft F → (\displaystyle (\vec (F))) während der Zeit, für die die Arbeit berechnet wird, konstant ist.

Im allgemeinen Fall, wenn die Kraft nicht konstant und die Bewegung nicht geradlinig ist, wird die Arbeit als krummliniges Integral zweiter Art entlang der Flugbahn des Punktes berechnet:

A = ∫ F → ⋅ d s → . (\displaystyle A=\int (\vec (F))\cdot (\vec (ds)).)

(Dies impliziert eine Summation entlang einer Kurve, die die Grenze einer gestrichelten Linie ist, die aus aufeinanderfolgenden Bewegungen d s → , (\displaystyle (\vec (ds)),) besteht, wenn wir sie zunächst als endlich betrachten und dann die Länge jeder einzelnen auf richten null).

Besteht eine Abhängigkeit der Kraft von den Koordinaten, ist das Integral wie folgt definiert:

A = ∫ r → 0 r → 1 F → (r →) ⋅ d r → (\displaystyle A=\int \limits _((\vec (r))_(0))^((\vec (r)) _(1))(\vec (F))\left((\vec (r))\right)\cdot (\vec (dr))) ,

wobei r → 0 (\displaystyle (\vec (r))_(0)) und r → 1 (\displaystyle (\vec (r))_(1)) die Radiusvektoren der Anfangs- und Endposition des sind Körper bzw.

• Folge. Wenn die Richtung der ausgeübten Kraft orthogonal zur Verschiebung des Körpers ist oder die Verschiebung Null ist, dann ist die Arbeit (dieser Kraft) Null.

Arbeit von Kräften, die auf ein System materieller Punkte ausgeübt werden

Die Arbeit der Kräfte zur Bewegung eines Systems materieller Punkte ist definiert als die Summe der Arbeit dieser Kräfte zur Bewegung jedes Punktes (die an jedem Punkt des Systems geleistete Arbeit wird zur Arbeit dieser Kräfte am System summiert).

Auch wenn der Körper kein System diskreter Punkte ist, kann er (mental) in viele unendlich kleine Elemente (Stücke) unterteilt werden, von denen jedes als materieller Punkt betrachtet werden kann und die Arbeit gemäß der obigen Definition berechnet werden kann. In diesem Fall wird die diskrete Summe durch ein Integral ersetzt.

• Diese Definitionen können sowohl zur Berechnung der von einer bestimmten Kraft oder Kräfteklasse geleisteten Arbeit als auch zur Berechnung der Gesamtarbeit aller auf ein System wirkenden Kräfte verwendet werden.

Kinetische Energie

Die kinetische Energie wird in der Mechanik in direktem Zusammenhang mit dem Begriff der Arbeit eingeführt.

Das Argumentationsschema ist wie folgt: 1) Versuchen wir, die Arbeit aufzuschreiben, die alle auf einen materiellen Punkt wirkenden Kräfte leisten, und versuchen wir, die Antwort unter Verwendung des zweiten Newtonschen Gesetzes (das es uns ermöglicht, Kraft durch Beschleunigung auszudrücken) nur durch auszudrücken kinematische Größen, 2) Um sicherzustellen, dass dies erfolgreich war und dass diese Antwort nur vom Anfangs- und Endzustand der Bewegung abhängt, führen wir eine neue ein physikalische Größe, durch die diese Arbeit einfach ausgedrückt wird (dies wird kinetische Energie sein).

Wenn A t o t a l (\displaystyle A_(total)) die Gesamtarbeit ist, die am Teilchen verrichtet wird, definiert als die Summe der Arbeit, die durch die auf das Teilchen ausgeübten Kräfte geleistet wird, dann wird sie ausgedrückt als:

A t o t a l = Δ (m v 2 2) = Δ E k , (\displaystyle A_(total)=\Delta \left((\frac (mv^(2))(2))\right)=\Delta E_(k ),)

wobei E k (\displaystyle E_(k)) kinetische Energie genannt wird. Für einen materiellen Punkt ist die kinetische Energie definiert als die Hälfte des Produkts aus der Masse dieses Punktes und dem Quadrat seiner Geschwindigkeit und wird ausgedrückt als:

E k = 1 2 m v 2 . (\displaystyle E_(k)=(\frac (1)(2))mv^(2).)

Bei komplexen Objekten, die aus vielen Teilchen bestehen, ist die kinetische Energie des Körpers gleich der Summe der kinetischen Energien der Teilchen.

Potenzielle Energie

Eine Kraft heißt potentiell, wenn es eine Skalarfunktion von Koordinaten gibt, die als potentielle Energie bekannt ist und mit E p (\displaystyle E_(p)) bezeichnet wird, so dass

F → = − ∇ E p . (\displaystyle (\vec (F))=-\nabla E_(p).)

Wenn alle auf ein Teilchen wirkenden Kräfte konservativ sind und E p (\displaystyle E_(p)) die gesamte potentielle Energie ist, die man durch Summieren der potentiellen Energien jeder Kraft erhält, dann gilt:

F → ⋅ Δ s → = − ∇ → E p ⋅ Δ s → = − Δ E p ⇒ − Δ E p = Δ E k ⇒ Δ (E k + E p) = 0 (\displaystyle (\vec (F) )\cdot \Delta (\vec (s))=-(\vec (\nabla ))E_(p)\cdot \Delta (\vec (s))=-\Delta E_(p)\Rightarrow -\Delta E_(p)=\Delta E_(k)\Rightarrow \Delta (E_(k)+E_(p))=0) .

Dieses Ergebnis ist als Erhaltungssatz der mechanischen Energie bekannt und besagt, dass die gesamte mechanische Energie in geschlossenes System, in dem konservative Kräfte agieren,

∑ E = E k + E p (\displaystyle \sum E=E_(k)+E_(p))

ist zeitlich konstant. Dieses Gesetz wird häufig zur Lösung von Problemen der klassischen Mechanik verwendet.

Arbeit in der Thermodynamik

Hauptartikel: Thermodynamische Arbeit

In der Thermodynamik wird die von einem Gas bei der Expansion verrichtete Arbeit als Integral von Druck über Volumen berechnet:

A 1 → 2 = ∫ V 1 V 2 P d V . (\displaystyle A_(1\rightarrow 2)=\int \limits _(V_(1))^(V_(2))PdV.)

Die am Gas verrichtete Arbeit stimmt im absoluten Wert mit diesem Ausdruck überein, hat jedoch das entgegengesetzte Vorzeichen.

• Eine natürliche Verallgemeinerung dieser Formel ist nicht nur auf Prozesse anwendbar, bei denen der Druck eine einwertige Funktion des Volumens ist, sondern auch auf jeden Prozess (dargestellt durch eine beliebige Kurve in der Ebene). PV), insbesondere auf zyklische Prozesse.
• Im Prinzip ist die Formel nicht nur auf Gas anwendbar, sondern auch auf alles, was Druck ausüben kann (es ist lediglich erforderlich, dass der Druck im Gefäß überall gleich ist, was in der Formel impliziert ist).

Diese Formel steht in direktem Zusammenhang mit mechanischer Arbeit. Versuchen wir tatsächlich, die mechanische Arbeit während der Ausdehnung des Gefäßes aufzuschreiben und dabei zu berücksichtigen, dass die Gasdruckkraft senkrecht zu jeder Elementarfläche gerichtet ist und dem Druckprodukt entspricht P Zum Platz dS Plattformen und dann die Arbeit, die das Gas verrichtet, um es zu verdrängen H Eine solche elementare Site wird sein

D A = P d S h . (\displaystyle dA=PdSh.)

Es ist ersichtlich, dass dies das Produkt aus Druck und Volumenzunahme in der Nähe einer bestimmten Elementarfläche ist. Und um alles zusammenzufassen dS Wir erhalten das Endergebnis, bei dem es zu einer vollständigen Lautstärkezunahme kommt, wie in der Hauptformel des Absatzes.

Kraftarbeit in der theoretischen Mechanik

Betrachten wir etwas detaillierter als oben die Konstruktion der Definition von Energie als Riemannsches Integral.

Ein materieller Punkt M (\displaystyle M) bewegt sich entlang einer stetig differenzierbaren Kurve G = ( r = r (s) ) (\displaystyle G=\(r=r(s)\)) , wobei s eine variable Bogenlänge ist , 0 ≤ s ≤ S (\displaystyle 0\leq s\leq S) und auf ihn wirkt eine Kraft F (s) (\displaystyle F(s)), die tangential zur Flugbahn in Bewegungsrichtung gerichtet ist (wenn die Wenn die Kraft nicht tangential gerichtet ist, verstehen wir unter F (s) (\displaystyle F(s)) die Projektion der Kraft auf den positiven Tangens der Kurve und reduzieren diesen Fall auf den unten betrachteten. Wert F (ξ i) △ s i , △ s i = s i − s i − 1 , i = 1 , 2 , . . . , i τ (\displaystyle F(\xi _(i))\triangle s_(i),\triangle s_(i)=s_(i)-s_(i-1),i=1,2,... ,i_(\tau )) heißt Grundarbeit Kraft F (\displaystyle F) auf den Abschnitt G i (\displaystyle G_(i)) und wird als Näherungswert der Arbeit genommen, die durch die Kraft F (\displaystyle F) erzeugt wird, die auf einen materiellen Punkt wirkt, wenn dieser den passiert Kurve G ich (\displaystyle G_(i)). Die Summe aller Elementarwerke ∑ i = 1 i τ F (ξ i) △ s i (\displaystyle \sum _(i=1)^(i_(\tau ))F(\xi _(i))\triangle s_ (i )) ist die Riemannsche Integralsumme der Funktion F (s) (\displaystyle F(s)).

Gemäß der Definition des Riemannschen Integrals können wir Arbeit definieren:

Der Grenzwert, zu dem die Summe tendiert ∑ i = 1 i τ F (ξ i) △ s i (\displaystyle \sum _(i=1)^(i_(\tau ))F(\xi _(i))\triangle s_ (i)) alle elementaren Arbeiten, wenn Feinheit | τ | \tau der Partition τ (\displaystyle \tau) gegen Null geht, wird als Kraftarbeit F (\displaystyle F) entlang der Kurve G (\displaystyle G) bezeichnet.

Wenn wir dieses Werk also mit dem Buchstaben W (\displaystyle W) bezeichnen, dann gilt aufgrund dieser Definition:

W = lim | τ | → 0 ∑ i = 1 i τ F (ξ i) △ s i (\displaystyle W=\lim _\sum _(i=1)^(i_(\tau ))F(\xi _(i))\triangle s_(i)),

somit,

W = ∫ 0 s F (s) d s (\displaystyle W=\int \limits _(0)^(s)F(s)ds) (1).

Wenn die Position eines Punktes auf der Trajektorie seiner Bewegung durch einen anderen Parameter t (\displaystyle t) (z. B. Zeit) beschrieben wird und wenn die zurückgelegte Strecke s = s (t) (\displaystyle s=s(t) ) , a ≤ t ≤ b (\displaystyle a\leq t\leq b) eine stetig differenzierbare Funktion ist, dann erhalten wir aus Formel (1).

W = ∫ a b F [ s (t) ] s ′ (t) d t . (\displaystyle W=\int \limits _(a)^(b)Fs"(t)dt.)

Dimension und Einheiten

Die Arbeitseinheit im Internationalen Einheitensystem (SI) ist das Joule, im GHS das Erg.

1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyn cm 1 erg = 10−7 J

Bitte gib es mir Definitionsarbeit in der Thermodynamik und im adiabatischen Prozess.

Swetlana

In der Thermodynamik wird die Bewegung eines Körpers als Ganzes nicht betrachtet, sondern es geht um die Bewegung von Teilen eines makroskopischen Körpers relativ zueinander. Wenn Arbeit verrichtet wird, ändert sich das Volumen des Körpers, seine Geschwindigkeit bleibt jedoch Null. Aber die Geschwindigkeiten der Moleküle im Körper ändern sich! Daher ändert sich die Körpertemperatur. Der Grund dafür ist, dass sich beim Zusammenstoß mit einem bewegten Kolben (Gaskompression) die kinetische Energie der Moleküle ändert – der Kolben gibt einen Teil seiner mechanischen Energie ab. Beim Zusammenstoß mit einem sich zurückziehenden Kolben (Expansion) verringern sich die Geschwindigkeiten der Moleküle und das Gas kühlt ab. Bei Arbeiten in der Thermodynamik ändert sich der Zustand makroskopischer Körper: ihr Volumen und ihre Temperatur.
Ein adiabatischer Prozess ist ein thermodynamischer Prozess in einem makroskopischen System, bei dem das System weder Wärmeenergie aufnimmt noch abgibt. Die Linie, die einen adiabatischen Prozess in einem thermodynamischen Diagramm darstellt, wird als adiabatische Linie bezeichnet.

Oleg Golzow

Arbeit A=p(v1-v2)
Wo
p - vom Kolben erzeugter Druck = f/s
Dabei ist f die auf den Kolben wirkende Kraft
s - Kolbenfläche
Hinweis: p=const
v1 und v2 – Anfangs- und Endband.

Grundformeln der Thermodynamik und Molekularphysik, was für Sie nützlich sein wird.
Ein weiterer großartiger Tag für praktische Physikübungen. Heute stellen wir die Formeln zusammen, die am häufigsten zur Lösung von Problemen in der Thermodynamik und Molekularphysik verwendet werden.

So lass uns gehen. Versuchen wir, die Gesetze und Formeln der Thermodynamik kurz darzustellen.

Ideales Gas

Ideales Gas ist eine Idealisierung, genau wie ein materieller Punkt. Die Moleküle eines solchen Gases sind materielle Punkte und die Stöße der Moleküle sind absolut elastisch. Wir vernachlässigen die Wechselwirkung von Molekülen in der Ferne. Bei Problemen der Thermodynamik werden reale Gase oft als ideal angenommen. Es ist viel einfacher, auf diese Weise zu leben, und man muss sich nicht mit vielen neuen Begriffen in den Gleichungen auseinandersetzen.

Was passiert also mit den Molekülen eines idealen Gases? Ja, sie ziehen um! Und es ist berechtigt zu fragen, mit welcher Geschwindigkeit? Neben der Geschwindigkeit von Molekülen interessiert uns natürlich auch allgemeiner Zustand unser Gas. Welchen Druck P übt es auf die Gefäßwände aus, welches Volumen V nimmt es ein, wie hoch ist seine Temperatur T.

Um das alles herauszufinden, gibt es die ideale Gaszustandsgleichung, bzw Clapeyron-Mendeleev-Gleichung

Hier M – Gasmasse, M - sein molekulare Masse(wir finden es aus dem Periodensystem), R – universelle Gaskonstante gleich 8,3144598(48) J/(mol*kg).

Die universelle Gaskonstante kann durch andere Konstanten ausgedrückt werden ( Boltzmanns Konstante und Avogadros Zahl )

Massebei kann wiederum als Produkt berechnet werden Dichte Und Volumen .

Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie (MKT)

Wie wir bereits gesagt haben, bewegen sich Gasmoleküle, und zwar je höher die Temperatur, desto schneller. Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Gasdruck und der durchschnittlichen kinetischen Energie E seiner Teilchen. Diese Verbindung heißt Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie und hat die Form:

Hier N – Konzentration der Moleküle (das Verhältnis ihrer Anzahl zum Volumen), E – durchschnittliche kinetische Energie. Sie können, ebenso wie der quadratische Mittelwert der Geschwindigkeit von Molekülen, mit den folgenden Formeln ermittelt werden:

Setzt man Energie in die erste Gleichung ein, erhält man eine andere Form der Grundgleichung MKT

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Formeln für Isoprozesse

Wir möchten Sie daran erinnern, dass der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt: Die auf das Gas übertragene Wärmemenge ändert die innere Energie des Gases U und verrichtet die Arbeit A durch das Gas. Die Formel des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik lautet: folgt:

Wie Sie wissen, passiert etwas mit Gas, wir können es komprimieren, wir können es erhitzen. In diesem Fall interessieren uns Prozesse, die bei einem konstanten Parameter ablaufen. Schauen wir uns an, wie der erste Hauptsatz der Thermodynamik in jedem von ihnen aussieht.

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Isotherm Verfahren erfolgt bei konstanter Temperatur. Hier gilt das Boyle-Mariotte-Gesetz: Bei einem isothermen Prozess ist der Druck eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Volumen. Bei einem isothermen Prozess:

erfolgt mit konstanter Lautstärke. Dieser Vorgang wird durch das Charles-Gesetz charakterisiert: Bei konstantem Volumen ist der Druck direkt proportional zur Temperatur. Bei einem isochoren Prozess verändert die gesamte dem Gas zugeführte Wärme seine innere Energie.

läuft mit konstantem Druck. Das Gesetz von Gay-Lussac besagt, dass bei konstantem Gasdruck sein Volumen direkt proportional zur Temperatur ist. In einem isobaren Prozess wird Wärme sowohl zur Umwandlung der inneren Energie als auch zur Verrichtung von Arbeit durch das Gas genutzt.

. Ein adiabatischer Prozess ist ein Prozess, der ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung abläuft. Das bedeutet, dass die Formel des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik für einen adiabatischen Prozess wie folgt aussieht:

Innere Energie eines einatomigen und zweiatomigen idealen Gases

Wärmekapazität

Spezifische Wärme entspricht der Wärmemenge, die erforderlich ist, um ein Kilogramm eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhitzen.

Zusätzlich zur spezifischen Wärmekapazität gibt es molare Wärmekapazität (die Wärmemenge, die erforderlich ist, um ein Mol einer Substanz um ein Grad zu erhitzen) bei konstantem Volumen und molare Wärmekapazität bei konstantem Druck. In den folgenden Formeln ist i die Anzahl der Freiheitsgrade der Gasmoleküle. Für ein einatomiges Gas ist i=3, für ein zweiatomiges Gas – 5.

Thermomaschinen. Effizienzformel in der Thermodynamik

Wärmekraftmaschine besteht im einfachsten Fall aus einer Heizung, einem Kühlschrank und einem Arbeitsmedium. Die Heizung gibt dem Arbeitsmedium Wärme ab, es funktioniert, dann wird es vom Kühlschrank gekühlt und alles wiederholt sich. Ö v. Ein typisches Beispiel für eine Wärmekraftmaschine ist ein Verbrennungsmotor.

Effizienz Wärmekraftmaschine wird nach der Formel berechnet

Deshalb haben wir die Grundformeln der Thermodynamik zusammengestellt, die bei der Lösung von Problemen nützlich sein werden. Natürlich sind das nicht alle Formeln aus dem Thema Thermodynamik, aber ihre Kenntnis kann einem wirklich gute Dienste leisten. Und wenn Sie Fragen haben, denken Sie daran Studentenservice, deren Spezialisten jederzeit bereit sind, zu helfen.