14.1: Вступ

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 14: Термодинаміка
- 14.2: Перший закон термодинаміки

Boundless
Boundless

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

навчальні цілі

Проаналізувати необхідність виключення енергії, що передається між системою як тепло від механічної роботи

Робота

У термодинаміці робота, що виконується замкнутою системою, - це енергія, що передається іншій системі, яка вимірюється механічними обмеженнями на системі. Термодинамічна робота охоплює механічну роботу (розширення газу) плюс безліч інших видів робіт, таких як електричні. Як така термодинамічна робота є узагальненням поняття механічної роботи в механіці. Він обов'язково виключає енергію, що передається між системами у вигляді тепла, яка чітко моделюється в термодинаміці. Для закритих систем зміни енергії в системі, відмінній від передачі роботи, є теплом.

зображення

Рис. 1: Ізобаричне розширення газу вимагає передачі тепла під час розширення, щоб підтримувати постійний тиск. Так як тиск постійний, то виконана робота - PΔV.

Тепло і робота

Теплопередача (часто представлена Q) і виконання роботи (W) є двома повсякденними засобами приведення енергії в систему або вилучення енергії з системи. Процеси досить різні. Тепловіддача, менш організований процес, обумовлюється перепадами температур. Робота, цілком організований процес (як при газовому розширенні), передбачає макроскопічну силу, що чиниться через відстань. Проте тепло і робота можуть дати ідентичні результати. Як тепло, так і робота можуть стати причиною підвищення температури.

Тепловіддача в систему, наприклад, коли Сонце прогріває повітря в велосипедній шині, може підвищити її температуру, і так може працювати в системі, як коли велосипедист нагнітає повітря в шину. Як тільки відбулося підвищення температури, неможливо сказати, чи було це викликано тепловіддачею або виконанням робіт.

Ця невизначеність є важливим моментом. Теплообмін і робота - це енергія в транзиті - жодна з них не зберігається як така в системі. Однак обидва можуть змінювати внутрішню енергію системи. Внутрішня енергія - це форма енергії, абсолютно відмінна або від тепла, або роботи.

Огляд нульового закону

Нульовий закон обґрунтовує використання термодинамічної температури, визначеної як спільна температура трьох визначених систем при рівновазі.

навчальні цілі

Обговорити, як нульовий закон термодинаміки обґрунтовує використання термодинамічної температури

Термодинаміка та фотоелектричні діаграми: Короткий вступ до нульового та 1-го законів термодинаміки, а також фотоелектричних діаграм для студентів.

зображення

Термометр: Термометр, відкалібрований в градусах Цельсія

Нульовий закон термодинаміки стверджує: якщо дві системи, A і B, знаходяться в тепловій рівновазі один з одним, а B - в тепловій рівновазі з третьою системою, С, то А також знаходиться в тепловій рівновазі з С.

Цей закон був постульований в 1930-х роках, після того як були розроблені і названі перший і другий закони термодинаміки. Його називають «нульовим» законом, оскільки він логічно постає перед першим і другим законами (обговорюється в Атомах по ^1-му і ^2-му законам).

Дві системи знаходяться в тепловій рівновазі, якщо вони можуть передавати тепло між собою, але не. дійсно, експерименти показали, що якщо дві системи, A і B, знаходяться в тепловій рівновазі один з одним, а B знаходиться в тепловій рівновазі з третьою системою C, то A також знаходиться в тепловій рівновазі з C. висновок може здатися очевидним, адже всі три мають однакову температуру, але нульовий закон є основним для термодинаміки. Нульовий закон обґрунтовує використання термодинамічної температури: загальна «мітка», яку поділяють три системи у визначенні вище, визначається як температура систем.

Температура

Термометри фактично приймають власну температуру, а не температуру об'єкта, який вони вимірюють. Звідси виникає питання про те, як ми можемо бути впевнені, що термометр вимірює температуру об'єкта, з яким він контактує. Відповідь полягає в тому, що будь-які дві системи, поміщені в тепловий контакт (мається на увазі тепловіддача може відбуватися між ними), досягнуть однакової температури. Тобто тепло буде надходити від більш гарячого предмета до більш холодного до тих пір, поки вони не досягнуть точно такої ж температури. Об'єкти тоді знаходяться в тепловій рівновазі, і подальших змін не відбудеться. Системи взаємодіють і змінюються, оскільки їх температури відрізняються, і зміни припиняються, коли їх температури однакові. Таким чином, якщо достатньо часу для цієї передачі тепла, щоб пройти свій курс, температура, яку реєструє термометр, представляє систему, за допомогою якої він досягає теплової рівноваги.

Ключові моменти

Термодинамічна робота - це узагальнення поняття механічної роботи в механіці.
Для закритих систем зміни енергії в системі, відмінній від передачі роботи, є теплом.
Робота в термодинаміці - досить організований процес (як при розширенні газу), що включає макроскопічну силу, що чиниться через відстань.
Нульовий закон термодинаміки стверджує, що коли системи, А і В, знаходяться в тепловій рівновазі один з одним, а В - в тепловій рівновазі з третьою системою, С, то А також знаходиться в тепловій рівновазі з С.
Дві системи знаходяться в тепловій рівновазі, якщо вони можуть передавати тепло між собою, але цього не роблять.
Якщо достатньо часу для передачі тепла між термометром і системою, температура, яку реєструє термометр, представляє систему, за допомогою якої він досягає теплової рівноваги.

Ключові умови

тепло: енергія, що передається від одного тіла до іншого тепловими взаємодіями
термодинаміка: галузь природознавства, що займається теплом та його відношенням до енергії та роботи
внутрішня енергія: Сума всієї енергії, присутньої в системі, включаючи кінетичну та потенційну енергію; еквівалентно, енергія, необхідна для створення системи, виключаючи енергію, необхідну для витіснення її оточення.
теплова рівновага: Дві системи знаходяться в тепловій рівновазі, якщо вони можуть передавати тепло між собою, але ні.
термодинамічна температура: Температура, визначена з точки зору законів термодинаміки, а не властивостей реального матеріалу: виражена в кельвінів

ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

Курація та доопрацювання. Надано: Boundless.com. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ

Робота (термодинаміка). Надано: Вікіпедія. Знаходиться за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Work_ (термодинаміка). Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
Коледж OpenStax, Коледж фізики. 17 вересня 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42232/latest...n=col11406/1.7. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
Безмежний. Надано: Безмежне навчання. Розташований за адресою: www.boundless.com//physics/de... внутрішня енергія. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
тепло. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Heat. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
термодинаміка. Надано: Вікіпедія. Знаходиться за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Термодинаміка. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
OpenStax College, Перший закон термодинаміки та деякі прості процеси. 4 лютого 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42233/latest/. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
Робота. Знаходиться за адресою: http://www.youtube.com/watch?v=q3svt4kUPdI. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав. Умови ліцензії: Стандартна ліцензія YouTube
Коледж OpenStax, температура. 17 вересня 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42214/latest/. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
Безмежний. Надано: Безмежне навчання. Розташований за адресою: www.boundless.com//фізика/де... рівноваги—2. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
термодинамічна температура. Надано: Вікісловник. Розташований за адресою: uk.wiktionary.org/wiki/термо... ic_temperature. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
OpenStax College, Перший закон термодинаміки та деякі прості процеси. 4 лютого 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42233/latest/. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
Робота. Знаходиться за адресою: http://www.youtube.com/watch?v=q3svt4kUPdI. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав. Умови ліцензії: Стандартна ліцензія YouTube
Цельсія. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/Wiki/Цельсія. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
Термодинаміка та фотоелектричні діаграми. Знаходиться за адресою: http://www.youtube.com/watch?v=aqQF_aX2naQ. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав. Умови ліцензії: Стандартна ліцензія YouTube