|
Как известно, любое вещество (газообразное, жидкое, твердое) состоит из молекул, которое при температуре выше абсолютного нуля совершает хаотическое тепловое движение.
Характер этих движений разнообразен.
В одноатомных газах существует только поступательное движение атомов, в многоатомных газах к хаотическому поступательному движению добавляется вращательное движение молекул.
При повышенных температурах наблюдается колебательное движение атомов в молекуле.
Сумма кинетических энергий теплового движения указанных частиц называется внутренней кинетической энергией тела.
Кроме того, молекулы, находясь близко друг к другу, испытывают силы взаимного притяжения.
Энергия, обусловленная силами взаимного притяжения, называется внутренней потенциальной энергией.
Сумма внутренней кинетической энергии и внутренней потенциальной энергии называется внутренней энергией. Здесь не рассматриваются такие виды энергии, как энергия электронных оболочек атомов (внутриатомная энергия) и внутриядерная энергия.
Внутренняя энергия есть функция состояния системы, одно из её физических свойств.
Можно считать, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры.
При переходе системы из одного состояния (начального), характеризующегося начальными значениями параметров состояния p,v,T, в другое (конечное) с другими значениями (конечными) этих параметров происходит изменение величины внутренней энергии тела или системы. Другими словами, внутренняя энергия изменяется при протекании термодинамического процесса.
∆u = u2 – u1 = cv (Т2 – Т1)
Ранее было сказано, что термодинамическая система из одного состояния в другое может перейти под влиянием каких-либо воздействий (или хотя бы одного) со стороны окружающей её внешней среды.
Внутренняя энергия системы изменяется в результате того, что имеет место обмен энергией между системой и окружающей средой.
При этом система может или получить энергию от окружающей среды, или передать ей часть своей внутренней энергии. Вы знаете, что обмен энергией между термодинамической системой и окружающей средой может происходить в двух формах – в форме теплоты и в форме механической работы.
Теплота и работа являются важнейшими понятиями в технической термодинамике.
По существу понятие теплоты близко к понятию работы. И теплота, и работа не являются видами самостоятельной энергии, они представляют собой две различные формы обмена энергией между системой и окружающей средой.
Теплота представляет собой такую форму передачи энергии, которая определяется или непосредственным контактом между телами (перенос теплоты теплопроводностью, конвекцией при движении жидкости относительно поверхности раздела фаз), или лучистым переносом теплоты без непосредственного контакта двух или более тел. При обмене энергией в форме теплоты микрочастицы (молекулы, атомы), из которых состоят тела, входящие в термодинамическую систему, передают часть своей энергии путём различных механизмов (молекулярная теплопроводность, конвективный теплообмен, излучения) передачи энергии, или наоборот, получают её от окружающей среды. При такой форме обмена энергией не происходит изменение формы и размера тела.
Механическая работа представляет собой макроскопическую форму обмена между системой и окружающей средой. Работа всегда сопровождается размером тела, т.е. всегда имеет место изменение объема тела.
В технической термодинамике приняты следующие условности:
· Теплота считается положительной величиной (т.е. со знаком плюс), если система отдает энергию в окружающую среду. Если система совершает работу против внешних сил (что означает: система передаёт часть своей внутренней энергии окружающей среде в форме работы), то работа считается положительной (случай расширения объёма газа при его нагревании, когда газ преодолевает силы внешнего давления). Наоборот, если под действием внешних сил со стороны окружающей среды газ сжимается, увеличивая свою внутреннюю энергию, работа считается отрицательной. Следует ещё раз подчеркнуть, что работа против сил внешнего давления всегда связана с увеличением объёма системы. Такая работа называется работой расширения и всегда совершается термодинамической системой над окружающей средой. Работа расширения не может быть совершена, если давление окружающей среды равно нулю. Таким образом, работа расширения газа является функцией процесса.
В настоящее время для измерения количества теплоты и работы используется джоуль (Дж), а также международная калория (кал).
Определение количества теплоты, которое рабочее тело будет получать или отдавать в процессе нагревания или охлаждения, является одной из важнейших сторон тепловых расчётов.
|
.png)