Файл: Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие.pdf

- 45 -

детали ыжкроструктурнши движениями внутри системы, кото­ рые присущи ей даже тогда, когда она находится в состоянии полного внешнего спокойствия.

Рассмотрим некоторые частные случаи понятия внутренней

энергии системы в зависимости от ée микрофизической струн-

»

ТУР*.

2-6. в) Система из одноатомного идеального

_____________________газа_________________

Внутренняя энергия численно слагается из суммы кинети­ ческих энергий только ПОСТУПАТЕЛЬНОГО движения молекул.

Действительно, внутренняя энергия идеальных газов как энергия кинетическая является лишь функцией его температуры, что подтверждается опытным путем (закон Джоуля), а также ки­ нетической теорией вещества, согласно которой

и- - f ( T )

Следовательно, для идеальногазовой системы в любом термодинамическом процессе одинаковому изменении температуры будут соответствовать одинаковые изменения внутренней энер­ гии, т .е .

- 4 6 -

2-6-г) Система, состоящая из многоатомного

______________идеального газа____________ _

Внутренняя энергия по представлениям молекулярно-кине­ тической теории слагается из суммы кинетических • энергій ПОСТУПАТЕЛЬНОГО и ВРАЩАТЕЛЬНОГО движения молекул, а при вы­ соких температурах добавляется еще энергия КОЛЕБАНИЯ атомов в молекулах.

2-6-д) Система, состоящая из реальных газов

Внутренняя энергия дрполнятельно должна учитывать силы сцепления между молекулами, так как здесь молекулы обладают потенциальной энергией, обусловленной этими силами, изменяю­ щейся при изменении среднего расстояния мевду ниш.

Вмолекулярной физике все перечисленные составляющие энергии молекулярного и внутримолекулярного движения в со­ вокупности называют энергией ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ, иди внутренней тепловой энергией. В термодинамике ее назы­ вают внутренней энергией.

Вобщем случае внутренняя энергия системы может состо­ ять из многих других видов энергии - электрической, химиче­

ской, магнитной и д р ., т .е . понятие внутренней энергии сис­

- 47 -

изменяют своей величины при термодинамических процессах ■ не влияют на изменение основных параметров системы.

При феноменологическом методе исследования в термоди­

намике - физическое содержание понятия внутренней энергии не рассматривается. Количественное изменение внутренней энергии системы рассчитывается по изменению других величин-

padоты, количества: тепла, которые допускают их НЕПОСРЕДСТ­ ВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ, что невозможно для внутренней энергии.

В 2 -7 будет рассмотрена связь между изменением внут­ ренней энергии и количеством тепла и работой.

2 -6 - е ) Внутренняя анергия - функция параметров Т,Р,^.

Рассмотрим, от каких параметров состояния г а за зависят

вышеперечисленные составляющие внутренней энергии. Первая составляющая внутренней энергии - энергия поступательногодвижения молекул - функция температуры, что подтверждается опытным путем (закон Джоуля).

Согласно положению Максвелла-Больцмана и теории квант, кинетическая энергия вращательного движения молекул и энер­

гия внутримолекулярных колебаний определяются тоже только

- 48 -

Для реального газа, с учетом сил сцепления:

производить работу без затраты энергии, т.ѳ . создать вечный двигатель, противоречащий закону сохранения энергии.

При исследовании взаимодействия системы с окружающей

средой только с количественной отороны (т .е . без физической природы явлений, объясняющей внутреннюю энергию системы)

термодинамика не нуждается в оценке абсолютного значения внутренней энергии, и ее начальное состояние обычно отсчи­

- 4 9 -

Если CLL - элементарное изменение внутренней энергии,

і

Внутренняя энергия произвольного количества рабочего тела обозначается буквой I / (ди,ккал),а отнесенная к Ікг

-іUj (' кг * кг )J

Очевидно,для однородного тела:

Работа,количество тепла.

Опытные данные убедительно доказывают, что в природе Псе тела в общем случае различного агрегатного состояния, ізаимодействуя между собой, обмениваются друг с другом энергией.В результате энергия одних тел увеличивается,а Друг«* - уменьваетеи.' Передача энергии между системой и öpe'ÄtffСможет* 'проходить двумя’ способами: с изменением обьВМ»'1си6'тбМЫ;ж1'бе'3 'иЯкй'ненйя штттщшшшщт.Первый способ Передачи"энергии"называется’РАБОТОЙ, второй способ - ТЕ­ ПЛОТОЙ';',а псам провесе'передачи - ТЕПЛООБМЕНОМ'.

Здееь'важно подчеркнуть,1-что энергетические, а конкрет­

но в "термодинамике тепломеханические иреобразования, являют­

- 51 -

Опыт показывает, что в результате расширения темпе­ ратура газа понизится, т.ѳ. его внутренняя энергия умень­ шится за счет передачи части ее окружающей среде, что про­ изошло в результате совершения работы одного тела (СИСТЕМЫ) над другим телом (ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ) при совершении процес­ са расширения. Очевидно, что работа будет отлична от нуля только при совершении процесса, и она -іе является видом энергии, а характеризует собой только способ энергообмена между средой и системой в результате совершенного процесса.

Следовательно, количественной мерой воздействия сис­ темы на среду стала ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, НАЗЫВАЕМАЯ МЕХА­ НИЧЕСКОЙ РАБОТОЙ. Работа совершается лишь в течение време­ ни действия силы (например, давления газа - р).

Затраченная телом работа считается ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ,

а совершенная над телом работа - ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ. Передача энергии в форме работы происходит при условии перемещения

всего тела или его части в пространстве. Поэтому этот споооб является макрофизической формой передачи энергии.