Физика 10 класс (Урок№24 — Первый закон термодинамики.)

Физика 10 класс
Урок№24 — Первый закон термодинамики.

мы узнаем:
— в чём заключается смысл первого закона термодинамики, адиабатного процесса и какие процессы называются обратимыми и необратимыми;
мы научимся:
— решать типовые задачи на вычисление термодинамических величин для различных процессов и на составление уравнения теплового баланса;
мы сможем:
— определять величину работы газа, изменение его внутренней энергии, приводить примеры проявления тепловых процессов в природе, быту и технике.

Закон сохранения энергии, записанный применительно к термодинамической системе, выглядит следующим образом:
Q=A′+ΔU,
где Q– количество теплоты, переданное системе;
A′– работа системы (газа);
ΔU– изменение внутренней энергии системы (газа).
Сообщенное системе количество теплоты расходуется на совершение системой работы против внешних сил и изменение внутренней энергии системы.к системе тела, то работа газа считается отрицательной, работа внешних тел положительной и A=–A′.
Тогда первый закон термодинамики лучше написать в виде ΔU=Q+A.
Применение первого закона термодинамики к изопроцессам:
– изотермический процесс, T=const,
ΔT=0;ΔU=0,Q=A′.
– изохорный процесс, V=const.
ΔV=0;A′=0.
Q=ΔU.
ΔU=32mMRΔT.
– изобарный процесс, p=const.
A′ больше 0,ΔV=0;
Q=ΔU+A′/
Q=5/2mMRΔT
Используя уравнение Менделеева–Клапейрона, получим
νR(T2−T1)=P(V2−V1)=P⋅ΔV;
Подстановка в уравнение первого закона термодинамики для количества теплоты дает
Q=ΔU+A=3/2νR(T2−T1)+P⋅ΔV=3/2P⋅ΔV+P⋅ΔV=5/2P⋅ΔV=5/2νR(T2−T1)=5/2νRΔT
Адиабатный процесс – процесс, протекающий без теплообмена, т.е. Q=0.
Тогда система может совершать работу либо за счёт уменьшения внутренней энергии(газ расширяется) A′=−ΔU
, либо за счёт работы внешних тел над системой(происходит сжатие газа) A=ΔU.
Уравнение теплового баланса:
Q1+Q2+Q3+Q4+…+Qn=0
Первый закон термодинамики не определяет направление тепловых процессов. Необратимыми называются такие явления, которые самопроизвольно протекают только в одном направлении; в обратном направлении они протекают только при внешнем воздействии.
Направление термодинамических процессов определяется вторым законом термодинамики. Первый и второй законы термодинамики позволяют сделать заключение о невозможности создания вечного двигателя I и II рода

Формулировка второго закона термодинамики: невозможно перевести тепло от менее нагретого тела к более нагретому телу при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих их телах (или невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от тела менее нагретого, к телу более нагретому).
Статистический характер второго закона термодинамики
Состояние макроскопической системы (например, газ в баллоне) может быть реализовано огромным числом микросостояний (комбинацией в расположении молекул). Вероятность того, что первоначально находившийся в какой-либо части объёма газ весь снова соберется в какой-то момент времени в той же его части очень мала. А при очень большом числе частиц – ничтожно мала.
Вероятность обратимых процессов, наоборот, тем больше, чем меньше число частиц в системе. Поэтому справедливость второго закона термодинамики определяется достаточно большим объёмом и достаточно большим числом частиц системы.
Так, например, ничтожно мала (реально равна 0) вероятность того, что спокойно висящий маятник начнет раскачиваться в результате одновременного, направленного в одну сторону удара всех молекул воздуха, до какого-то момента, двигавшихся хаотично по всем сторонам