N.P.,
, MOU Lipiec gimnazjum z UIOP, s. Lipiec, rejon Wotkiński, Republika Udmurcka

Energia wewnętrzna

Cel lekcji: organizować zajęcia uczniów w percepcji pojęć „termodynamiki”, „energii wewnętrznej”, „liczby stopni swobody”; na zrozumieniu znajdowania wewnętrznej energii ciała, gazu doskonałego; zapamiętując ogólny wzór obliczania energii wewnętrznej gazu doskonałego, wykorzystując pojęcie liczby stopni swobody; poprzez oszacowanie energii wewnętrznej pewnej objętości lub masy gazu.

Cele Lekcji: opanować pojęcia „termodynamiki”, „energii wewnętrznej”, „liczby stopni swobody”; zrozumieć, dlaczego badamy energię wewnętrzną, dlaczego uczymy się znajdować energię wewnętrzną gazu doskonałego; nauczyć się odróżniać gaz jednoatomowy od dwuatomowego, aby zrozumieć, że mają one różną liczbę stopni swobody; naucz się znajdować energię wewnętrzną gazu doskonałego.

Ekwipunek: tablica przeznaczona na lekcję; tabele obrazów; piłka, piłka z plasteliny; karty - notatki referencyjne, domino, testy, kontrola.

Dekoracja deski

Podczas zajęć

1. Etap organizacyjny(zapoznanie się z klasą, znajomość planu pracy na lekcji).

2. Powtórzenie(aktualizacja wiedzy, powtarzanie formuł na gaz MKT, granie w domino: na każde biurko rozdawany jest zestaw kart domino, które należy rozłożyć w określonym czasie, aby powstało błędne koło; można zacząć od dowolnej karty).

3. Nauka nowego materiału

Zacznijmy lekcję od pokazania obrazków:

– Wykorzystywanie siły mięśniowej ludzi i zwierząt do pracy (zdjęcie ze zbioru historii).

– Wykorzystanie do pracy prostych mechanizmów (dźwignia, klocki, klin, bramka, pochylona płaszczyzna).

– Wykorzystanie energii wiatrowej i wodnej.

– Wykorzystanie przejścia gazu z jednego stanu do drugiego lub substancji z jednego stanu do drugiego w celu uzyskania energii mechanicznej dla organizmu, tj. przemiana energii wewnętrznej w energię mechaniczną (turbiny parowe, elektrownie cieplne, silniki spalinowe).

Termodynamika jest częścią fizyki, która pokazuje, że można wykorzystać energię wewnętrzną.

Eksperyment z kulką z plasteliny (podniesiona kulka ma energię potencjalną, spadając, zamienia się w energię kinetyczną, ale spadając na podłogę kulka nie odbija się. Gdzie zniknęła energia? Co się stało z piłką? ).

Definicja „energii wewnętrznej” to energia cząsteczek tworzących ciało. Oznaczone U, mierzony w dżulach (J).

Jaką energię mają cząsteczki? Czemu? (Kinetyczne, ponieważ się poruszają. Potencjalne, ponieważ wchodzą w interakcje.)

Dlaczego wprowadziliśmy model gazu idealnego? (Aby nie uwzględniać interakcji cząsteczek, ponieważ gaz doskonały to gaz, którego cząsteczki nie wchodzą w interakcje.) Jaki wniosek można wyciągnąć na temat energii cząsteczek gazu doskonałego? (Mają tylko energię kinetyczną.)

Wiemy, że cząsteczki gazu w przestrzeni poruszają się w trzech kierunkach: X, Y, Z. Jeśli energia kinetyczna cząsteczki wynosi mi k = (3/2) kT, wtedy energia jest w jednym kierunku kT/2. Numer 3 nazywa się liczba stopni swobody(liczba kierunków ruchu cząsteczek) gazu jednoatomowego.

A teraz spójrz na podsumowanie referencyjne wyprowadzenia wzoru na energię wewnętrzną gazu doskonałego (każdy na biurku).

Popracujmy nad tym zarysem. Na podstawie czego przechodzimy od jednego wyrażenia do drugiego?

Obliczmy energię wewnętrzną powietrza w klasie. Ciśnienie atmosferyczne 1,01 10 5 Pa, przyjmujemy objętość według wielkości klasy: 6 × 12 × 3 m 3. Biorąc pod uwagę, że powietrze składa się z tlenu i azotu, liczba stopni swobody wynosi 5, jak wszystkie gazy dwuatomowe.

To prawie tyle samo energii, ile potrzeba do podniesienia ciężkiego samolotu na wysokość 30 m.

4. Wnioski z lekcji

Czego się dzisiaj nauczyliśmy? (Czym jest termodynamika, energia wewnętrzna, liczba stopni swobody.) Jaki jest cel lekcji? (Dlaczego musimy badać energię wewnętrzną i jak ją obliczyć dla gazu doskonałego.)

5. Sprawdzanie asymilacji. Wykonaj zadanie testowe. Wypełnij jedną kartę kontrolną (obie znajdują się na każdym stole) dla nauczyciela, drugą dla siebie, aby ocenić swoją pracę.

1. Znajdź energię wewnętrzną 2 kg wodoru w temperaturze 200 °C.

A) 6,1 kJ; B) 6,1 MJ; C) 610 000 J.

2. Znajdź energię wewnętrzną 5 m 3 helu przy ciśnieniu 10 5 Pa.

A) 7,5 MJ; B) 7,5 kJ; C) 750 000 J.

3. Porównaj energię wewnętrzną 32 g tlenu i 2 g wodoru w temperaturze 23 °C.

ALE) U O > U H; B) U O< U H; W) U O = U N.

4. Porównaj energię wewnętrzną 1 mola tlenu i 1 mola argonu w tej samej temperaturze.

ALE) U O > U Ar; B) U O< U Ar; W) U O = U Ar.

5. Od jakich wielkości zależy energia wewnętrzna gazu?

A) tylko od T; B) tylko od V; Tutaj T oraz V.

Karta kontrolna

6. Refleksja. Na pozostałej karcie oceń swoją pracę. Ile poprawnych odpowiedzi - taka ocena.

7. Praca domowa.§ Podręcznik 54 Kasyanova V.A."Fizyka-10" do rozdziału "Zmiany energii wewnętrznej". Pytania 1-4 na s. 266.

8. Finał. Nauczyciel. Dziękujemy za Twoją pracę! Z przyjemnością dziś z wami współpracowałem.

Nikołaj Pietrowicz Koszkin– nauczyciel fizyki najwyższej kategorii kwalifikacji, doświadczenie w nauczaniu 37 lat. W swojej pracy łączy innowacyjność i tradycje pedagogiczne, wie, jak osiągnąć maksymalny zwrot z lekcji, angażując dzieci we wspólną kreatywność. Uczy dzieci racjonalnego organizowania pracy, pracy z książką, logicznego i spójnego wyrażania myśli oraz samodzielnego wykonywania zadań. Jego uczniowie wielokrotnie wygrywali na olimpiadach regionalnych w latach 2002-2005 kompleks naukowo-przemysłowy dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych „Droga do sukcesu” w dziale „Fizyka, Astronomia”. W 2006 roku prace badawcze na temat „Kontrola testów – urządzenie do sprawdzania testów” studentów Chirkova B. oraz Varlamova A. został zaprezentowany na republikańskim NPK „Młodzież – Nauka i Technika!”, turnieju „ENOTik” (w 2006 r. uczniowie klas 5-8 weszli do pierwszej dziesiątki). Nikołaj Pietrowicz aktywnie wprowadza technologię edukacji modułowej, opracował specjalny kurs „Fizyka w wiejskiej szkole” dla zajęć fakultatywnych, prowadzi warsztaty dotyczące rozwiązywania problemów o podwyższonym stopniu trudności dla nauczycieli okręgu, z powodzeniem przygotowuje absolwentów szkół do przyjęcia na wyższe uczelnie, nadzoruje Szkołę Pedagogiczną nauczycieli fizyki, chemii, biologii. Nikołaj Pietrowicz został uznany za najlepszego w nominacji „Lojalność wobec zawodu nauczyciela” w regionalnym konkursie umiejętności zawodowych „Nauczyciel roku-2004”. Za wieloletnią pracę był wielokrotnie nagradzany dyplomami Rosyjskiej Akademii Edukacji i Nauki Republiki Udmurckiej. Lubi hodować kwiaty, zbierać jagody i grzyby, rozwiązywać krzyżówki i zadania obliczeniowe. Z żoną Tamarą Aleksandrowną, nauczycielką w szkole podstawowej (40 lat doświadczenia w nauczaniu), wychowali czworo dzieci: Aleksander jest kierowcą, Piotr jest stolarzem, operatorem maszyn, Ilya jest inżynierem energetyki, uczennicą korespondencji, Ekaterina jest studentką IzhGSKhA. Sam dorastał w rodzinie kołchozów, gdzie było sześcioro dzieci (i dziesięcioro w rodzinie żony). Po ukończeniu Wydziału Ekonomicznego IzhGSKhA przez 17 lat pracował w niepełnym wymiarze godzin jako księgowy w SEC Selegovskoye Finalista republikańskiego konkursu „Nauczyciel roku 2007”, zwycięzca ogólnorosyjskiego konkursu w ramach PNPO „Najlepsi nauczyciele Rosji-2008”, weteran pracy, otrzymał Odznakę Honorową.

ENERGIA WEWNĘTRZNA, funkcja U parametrów termodynamicznych układu (np. objętość V i temperatura T), której zmiana jest determinowana pracą wykonywaną przez układ jednorodny w warunkach jego adiabatycznej izolacji. Pojęcie „energii wewnętrznej” zostało wprowadzone w 1851 roku przez W. Thomsona (Lord Kelvin). Istnienie funkcji U(V, T) jest konsekwencją pierwszej zasady termodynamiki - zasady zachowania energii w odniesieniu do procesów, w których przekazywane jest ciepło. Przyrost energii wewnętrznej ΔU = ΔQ-A, gdzie ΔQ to ilość ciepła przekazanego do układu, A = pΔV to praca wykonana przez układ, p to ciśnienie. Zgodnie z prawem zachowania energii energia wewnętrzna jest jednowartościową funkcją stanu układu fizycznego, tj. jednowartościową funkcją zmiennych niezależnych, które określają ten stan, takich jak temperatura i objętość. Unikalność energii wewnętrznej prowadzi do tego, że chociaż ΔQ i A zależą od charakteru procesu, który przenosi układ ze stanu z U 1 do stanu z U 2, to przyrost ΔU jest określony tylko przez wartości energii wewnętrznej w stanie początkowym i końcowym: ΔU = U 1 - U 2. Dlatego dla procesu kołowego całkowita zmiana energii wewnętrznej wynosi zero i ΔQ=A. W procesie adiabatycznym (ΔQ = 0) zmiana energii wewnętrznej jest równa pracy wykonanej przez układ w nieskończenie powolnym, quasi-statycznym procesie.

Ogólnie energia wewnętrzna jest funkcją zewnętrznych i wewnętrznych parametrów termodynamicznych, w tym temperatury. Zamiast temperatury jako parametr termodynamiczny można wybrać entropię S. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki ΔQ = ТΔS, a następnie ΔU = ТΔS -ΔV. Energia wewnętrzna w funkcji entropii i objętości U(S,V) jest jednym z potencjałów funkcji termodynamicznej (charakterystycznej), ponieważ określa wszystkie właściwości termodynamiczne układu. Jeżeli układ składa się z n składników, to U zależy (poza S i V) od liczby cząstek N i w składnikach, i = 1, 2,..., n. Minimalne U przy stałej entropii, objętości i masach składników określa stabilną równowagę układów wielofazowych i wieloskładnikowych.

Z punktu widzenia molekularno-kinetycznej teorii energii wewnętrznej sensowna jest średnia energia mechaniczna (energia kinetyczna i energia oddziaływania) wszystkich cząstek układu. Jeśli do układu termodynamicznego wejdzie pole elektromagnetyczne, to jego energia jest również zawarta w energii wewnętrznej. Energia kinetyczna ruchu ciała jako całości nie jest zawarta w energii wewnętrznej.

Dla gazu doskonałego zgodnego z klasyczną statystyką energia wewnętrzna zależy tylko od temperatury: U = CVT, gdzie CV to pojemność cieplna przy stałej objętości. W przypadku nieidealnego gazu i cieczy energia wewnętrzna zależy również od objętości właściwej v = V/N, gdzie N jest liczbą cząstek. Na przykład dla gazu zgodnego z równaniem Van der Waalsa energia wewnętrzna ma postać U = CVT - a/v, gdzie a jest stałą uwzględniającą wzajemne przyciąganie cząsteczek.

Oświetlony. patrz na ul. Termodynamika.

Energia wewnętrzna ciało (określane jako mi lub U) jest sumą energii oddziaływań molekularnych i ruchów termicznych cząsteczki. Energia wewnętrzna jest jednowartościową funkcją stanu układu. Oznacza to, że ilekroć system znajdzie się w danym stanie, jego energia wewnętrzna przyjmuje wartość tkwiącą w tym stanie, niezależnie od historii systemu. W konsekwencji zmiana energii wewnętrznej podczas przejścia z jednego stanu do drugiego zawsze będzie równa różnicy między jej wartościami w stanie końcowym i początkowym, niezależnie od ścieżki, wzdłuż której dokonano przejścia.

Wewnętrzna energia ciała nie może być zmierzona bezpośrednio. Można określić tylko zmianę energii wewnętrznej:

Ten wzór jest matematycznym wyrażeniem pierwszej zasady termodynamiki

Dla procesów quasi-statycznych zachodzi następująca zależność:

Gazy doskonałe

Zgodnie z prawem Joule'a, wyprowadzonym empirycznie, energia wewnętrzna gazu doskonałego nie zależy od ciśnienia ani objętości. Na podstawie tego faktu można otrzymać wyrażenie na zmianę energii wewnętrznej gazu doskonałego. Z definicji molowej pojemności cieplnej przy stałej objętości, . Ponieważ energia wewnętrzna gazu doskonałego jest tylko funkcją temperatury, to

Ta sama formuła dotyczy również obliczania zmiany energii wewnętrznej dowolnego ciała, ale tylko w procesach o stałej objętości (procesy izochoryczne); jest generalnie funkcją zarówno temperatury, jak i objętości.

Jeśli zaniedbamy zmianę molowej pojemności cieplnej wraz ze zmianą temperatury, otrzymamy:

gdzie jest ilość substancji, to zmiana temperatury.

Literatura

Sivukhin D.V. Ogólny kurs fizyki. - Wydanie 5, poprawione. - M .: Fizmatlit, 2006. - T. II. Termodynamika i fizyka molekularna. - 544 pkt. - ISBN 5-9221-0601-5

Uwagi

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Zobacz, co „Energia wewnętrzna” znajduje się w innych słownikach:

energia wewnętrzna- Funkcja stanu zamkniętego układu termodynamicznego, określona przez fakt, że jego przyrost w dowolnym procesie zachodzącym w tym układzie jest równy sumie ciepła przekazanego układowi i wykonanej na nim pracy. Uwaga Energia wewnętrzna… … Podręcznik tłumacza technicznego

Energia fizyczna. system, w zależności od jego wewnętrznego państw. W. mi. obejmuje energię chaotycznego (termicznego) ruchu wszystkich mikrocząstek układu (cząsteczek, atomów, jonów itp.) oraz energię uderzenia tych cząstek. Kinetyczny energia ruchu układu jako całości i ... Encyklopedia fizyczna

ENERGIA WEWNĘTRZNA- energia ciała lub układu, w zależności od ich stanu wewnętrznego; składa się z energii kinetycznej cząsteczek ciała i ich jednostek strukturalnych (atomów, elektronów, jąder), energii interakcji atomów w cząsteczkach, energii interakcji elektronów ... ... Wielka Encyklopedia Politechniczna

Ciało składa się z energii kinetycznej cząsteczek ciała i ich jednostek strukturalnych (atomów, elektronów, jąder), energii interakcji atomów w cząsteczkach itp. Energia wewnętrzna nie obejmuje energii ruchu ciało jako całość i energia potencjalna... Wielki słownik encyklopedyczny

energia wewnętrzna- ▲ energia materialne ciało, zgodnie ze stanem, wewnętrzną temperaturą wewnętrzną en … Słownik ideograficzny języka rosyjskiego

energia wewnętrzna- jest całkowitą energią układu pomniejszoną o energię potencjalną, wynikającą z oddziaływania na układ zewnętrznych pól siłowych (w polu grawitacyjnym) oraz energię kinetyczną poruszającego się układu. Chemia ogólna: podręcznik / A. V. Zholnin ... Terminy chemiczne

Współczesna encyklopedia

Energia wewnętrzna- ciała, obejmuje energię kinetyczną cząsteczek, atomów, elektronów, jąder tworzących ciało, a także energię wzajemnego oddziaływania tych cząstek. Zmiana energii wewnętrznej jest liczbowo równa pracy wykonywanej na ciele (na przykład, gdy ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

energia wewnętrzna- wielkość termodynamiczną charakteryzującą liczbę wszystkich rodzajów ruchów wewnętrznych wykonywanych w układzie. Nie da się zmierzyć absolutnej energii wewnętrznej ciała. W praktyce mierzy się tylko zmianę energii wewnętrznej ... ... Encyklopedyczny słownik metalurgii

Ciało składa się z energii kinetycznej cząsteczek ciała i ich jednostek strukturalnych (atomów, elektronów, jąder), energii interakcji atomów w cząsteczkach itp. Energia wewnętrzna nie obejmuje energii ruchu ciała jako całość i energia potencjalna... słownik encyklopedyczny

Książki

Droga Qi. Energia życiowa w twoim ciele. Ćwiczenia i medytacja, Sveigard Matthew. Równowaga i wewnętrzna harmonia są nam dane od urodzenia, ale współczesne życie może łatwo wytrącić nas z naszej naturalnej równowagi. Czasem świadomie go naruszamy, powiedzmy, jedząc za dużo…

Każde makroskopowe ciało ma energia ze względu na swój mikrostan. Ten energia nazywa wewnętrzny(oznaczony U). Jest równa energii ruchu i interakcji mikrocząstek tworzących ciało. Więc, energia wewnętrzna gaz doskonały składa się z energii kinetycznej wszystkich jego cząsteczek, ponieważ ich oddziaływanie w tym przypadku można pominąć. Dlatego to energia wewnętrzna zależy tylko od temperatury gazu ( u~T).

Model gazu doskonałego zakłada, że cząsteczki znajdują się w odległości kilku średnic od siebie. Dlatego energia ich interakcji jest znacznie mniejsza niż energia ruchu i można ją zignorować.

W rzeczywistych gazach, cieczach i ciałach stałych nie można pominąć oddziaływania mikrocząstek (atomów, cząsteczek, jonów itp.), ponieważ znacząco wpływa to na ich właściwości. Dlatego ich energia wewnętrzna składa się z energii kinetycznej ruchu termicznego mikrocząstek oraz energii potencjalnej ich oddziaływania. Ich energia wewnętrzna, poza temperaturą T, będzie również zależeć od głośności V, ponieważ zmiana objętości wpływa na odległość między atomami i cząsteczkami, a w konsekwencji na energię potencjalną ich wzajemnego oddziaływania.

Energia wewnętrzna jest funkcją stanu organizmu, który określa jego temperaturaTi tom V.

Energia wewnętrzna jednoznacznie określana przez temperaturęT i objętość ciała V charakteryzujące jego stan:U=U(TELEWIZJA)

Do zmienić energię wewnętrzną ciała, konieczna jest rzeczywista zmiana albo energii kinetycznej ruchu termicznego mikrocząstek, albo energii potencjalnej ich interakcji (lub obu). Jak wiadomo, można to zrobić na dwa sposoby - poprzez przenoszenie ciepła lub w wyniku wykonywania pracy. W pierwszym przypadku dzieje się tak dzięki przekazaniu pewnej ilości ciepła Q; w drugim - ze względu na wykonywanie pracy A.

W ten sposób, ilość ciepła i wykonanej pracy są miara zmiany wewnętrznej energii ciała:

Δ U=Q+A.

Zmiana energii wewnętrznej następuje z powodu pewnej ilości ciepła oddanego lub otrzymanego przez ciało lub z powodu wykonywania pracy.

Jeśli ma miejsce tylko wymiana ciepła, to zmiana energia wewnętrzna następuje poprzez odbieranie lub oddawanie określonej ilości ciepła: Δ U=Q. Podczas ogrzewania lub chłodzenia ciała jest to równe:

Δ U=Q = cm(T 2 - T 1) =cmT.

Podczas topienia lub krystalizacji ciał stałych energia wewnętrzna zmiany spowodowane zmianą energii potencjalnej oddziaływania mikrocząstek, ponieważ zachodzą zmiany strukturalne w strukturze materii. W tym przypadku zmiana energii wewnętrznej jest równa ciepłu stapiania (krystalizacji) ciała: Δ U-Q pl \u003dλ m, gdzie λ - ciepło właściwe topnienia (krystalizacji) ciała stałego.

Parowanie cieczy lub kondensacja pary również powoduje zmianę energia wewnętrzna, który jest równy ciepłu parowania: Δ U=Qp=rm, gdzie r- ciepło właściwe parowania (kondensacji) cieczy.

Zmiana energia wewnętrzna korpus ze względu na wykonanie pracy mechanicznej (bez wymiany ciepła) jest liczbowo równy wartości tej pracy: Δ U=A.

Jeżeli zmiana energii wewnętrznej następuje w wyniku wymiany ciepła, toΔ U=Q=cm(T2 —T1),lubΔ U= Q pl = λ m,lubΔ U=Qn =pom.

Dlatego z punktu widzenia fizyki molekularnej: materiał ze strony

Energia wewnętrzna ciała jest sumą energii kinetycznej ruchu termicznego atomów, cząsteczek lub innych cząstek, z których się składa, oraz energii potencjalnej interakcji między nimi; z termodynamicznego punktu widzenia jest funkcją stanu ciała (układu ciał), który jest jednoznacznie określony przez jego makroparametry - temperaturęTi tom V.

W ten sposób, energia wewnętrzna to energia układu, która zależy od jego stanu wewnętrznego. Składa się na nią energia ruchu termicznego wszystkich mikrocząstek układu (cząsteczki, atomy, jony, elektrony itp.) oraz energia ich oddziaływania. Praktycznie niemożliwe jest określenie pełnej wartości energii wewnętrznej, dlatego obliczana jest zmiana energii wewnętrznej Δ ty, co występuje w wyniku wymiany ciepła i wykonywania pracy.

Energia wewnętrzna ciała jest równa sumie energii kinetycznej ruchu termicznego i energii potencjalnej oddziaływania wchodzących w jego skład mikrocząstek.

Na tej stronie materiał na tematy:

Co decyduje o energii wewnętrznej ciała sztywnego?
Sposób na zmianę energii wewnętrznej organizmu krótkie podsumowanie
Od jakich makroparametrów zależy energia wewnętrzna ciała
Krótka wiadomość „o wykorzystaniu wewnętrznej energii organizmu”
Energia jest ogólną miarą różnych form ruchu materii. Zgodnie z formami ruchu materii istnieją również rodzaje energii - mechaniczna, elektryczna, chemiczna itp. Każdy układ termodynamiczny w dowolnym stanie ma pewną rezerwę energii, której istnienie udowodnił R. Clausius (1850) i nazwano energią wewnętrzną.
Energia wewnętrzna (U) to energia wszystkich rodzajów ruchu mikrocząstek tworzących układ oraz energia ich wzajemnego oddziaływania.
Energia wewnętrzna składa się z energii ruchu translacyjnego, obrotowego i wibracyjnego cząstek, energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych, wewnątrzatomowych i wewnątrzjądrowych itp.
Energia oddziaływania wewnątrzcząsteczkowego, tj. często nazywana jest energia oddziaływania atomów w cząsteczce energia chemiczna . Zmiana tej energii następuje podczas przemian chemicznych.
W przypadku analizy termodynamicznej nie trzeba wiedzieć, z jakich form ruchu materii powstaje energia wewnętrzna.
Zasób energii wewnętrznej zależy tylko od stanu układu. W konsekwencji energię wewnętrzną można uznać za jedną z cech tego stanu wraz z takimi wielkościami jak ciśnienie, temperatura.
Każdemu stanowi systemu odpowiada ściśle określona wartość każdej z jego właściwości.
Jeżeli układ jednorodny w stanie początkowym ma objętość V 1, ciśnienie P 1, temperaturę T 1, energię wewnętrzną U 1, przewodność elektryczną æ 1 itd., a w stanie końcowym właściwości te wynoszą odpowiednio V 2 , P 2 , T 2 , U 2, ć 2 itd., to zmiana każdej właściwości podczas przejścia układu ze stanu początkowego do końcowego będzie taka sama, niezależnie od tego, w którą stronę układ przechodzi z jednego stanu do drugiego: , drugi lub trzeci (rys. 1.4).
Ryż. 1.4 Niezależność właściwości systemu od ścieżki jego przejścia
ze stanu normalnego do innego
Tych. (U 2 - U 1) I \u003d (U 2 - U 1) II \u003d (U 2 - U 1) III (1,4)
Gdzie są liczby I, II, III itd. wskazać ścieżki procesu. Jeśli więc układ przechodzi ze stanu początkowego (1) do stanu końcowego (2) jedną ścieżką, a ze stanu końcowego na początku inną ścieżką, tj. proces okrężny (cykl) jest zakończony, wtedy zmiana każdej właściwości systemu będzie równa zeru.
Zatem zmiana funkcji stanu systemu nie zależy od ścieżki procesu, a jedynie od stanów początkowych i końcowych systemu. Nieskończenie mała zmiana właściwości układu jest zwykle oznaczana znakiem różniczki d. Na przykład dU jest nieskończenie małą zmianą energii wewnętrznej itp.
Formy wymiany energii
Zgodnie z różnymi formami ruchu materii i różnymi rodzajami energii, istnieją różne formy wymiany energii (przekaz energii) - formy interakcji. W termodynamice rozważane są dwie formy wymiany energii między układem a otoczeniem. To praca i ciepło.
Stanowisko. Najbardziej oczywistą formą wymiany energii jest praca mechaniczna, odpowiadająca mechanicznej formie ruchu materii. Jest wytwarzany przez poruszanie ciałem pod działaniem siły mechanicznej. Zgodnie z innymi formami ruchu materii rozróżnia się również inne rodzaje pracy: elektryczne, chemiczne itp. Praca jest formą przekazywania uporządkowanego, zorganizowanego ruchu, ponieważ gdy praca jest wykonywana, cząsteczki ciała poruszają się w zorganizowany sposób w jednym kierunku. Na przykład wykonywanie pracy, gdy gaz się rozszerza. Cząsteczki gazu w cylindrze pod tłokiem poruszają się w chaotycznym, nieuporządkowanym ruchu. Kiedy gaz zaczyna poruszać tłokiem, to znaczy wykonywać pracę mechaniczną, zorganizowany ruch nakłada się na losowy ruch cząsteczek gazu: wszystkie cząsteczki otrzymują pewne przemieszczenie w kierunku tłoka. Praca elektryczna wiąże się również ze zorganizowanym ruchem naładowanych cząstek materii w określonym kierunku.
Ponieważ praca jest miarą przekazywanej energii, jej ilość jest mierzona w tych samych jednostkach co energia.
Ciepło. Forma wymiany energii odpowiadająca chaotycznemu ruchowi mikrocząstek tworzących układ nazywa się wymiana ciepła, a ilość energii przekazywanej podczas wymiany ciepła nazywa się ciepło.
Przenoszenie ciepła nie wiąże się ze zmianą położenia ciał tworzących układ termodynamiczny i polega na bezpośrednim przekazywaniu energii przez cząsteczki jednego ciała na cząsteczki drugiego w momencie ich zetknięcia.
P wyobraźmy sobie izolowane naczynie (układ) podzielone na dwie części przegrodą przewodzącą ciepło ab (rys. 1.5). Załóżmy, że w obu częściach statku znajduje się gaz.
Ryż. 1.5. Do pojęcia ciepła
W lewej połowie naczynia temperatura gazu wynosi T 1, a w prawej T 2. Jeśli T 1 > T 2, to średnia energia kinetyczna ( ) cząsteczki gazu po lewej stronie naczynia będą większe niż średnia energia kinetyczna ( ) w prawej połowie naczynia.
W wyniku ciągłych zderzeń cząsteczek o przegrodę w lewej połowie naczynia część ich energii jest przekazywana cząsteczkom przegrody. Cząsteczki gazu znajdujące się w prawej połowie naczynia, zderzając się z przegrodą, pobiorą część energii z jego cząsteczek.
W wyniku tych zderzeń energia kinetyczna cząsteczek w lewej połowie naczynia zmniejszy się, a w prawej połowie wzrośnie; temperatury T 1 i T 2 wyrównają się.
Ponieważ ciepło jest metaforą energii, jego ilość jest mierzona w tych samych jednostkach co energia. Zatem wymiana ciepła i praca są formami wymiany energii, a ilość ciepła i ilość pracy są miarami przekazywanej energii. Różnica między nimi polega na tym, że ciepło jest formą przekazywania mikrofizycznego, nieuporządkowanego ruchu cząstek (i odpowiednio energii tego ruchu), a praca jest formą przekazywania energii uporządkowanego, zorganizowanego ruchu materii.
Czasami mówią: ciepło (lub praca) jest dostarczane lub usuwane z systemu, podczas gdy należy rozumieć, że to nie ciepło i praca jest dostarczane i odprowadzane, ale energia, dlatego takie wyrażenia jak „rezerwa ciepła” lub „ciepło zawarte” nie powinny być używane.
Będąc formami wymiany energii (formami oddziaływania) układu z otoczeniem, ciepło i praca nie mogą być związane z żadnym konkretnym stanem układu, nie mogą być jego właściwościami, a co za tym idzie funkcjami jego stanu. Oznacza to, że jeśli układ przechodzi ze stanu początkowego (1) do stanu końcowego (2) na różne sposoby, to ciepło i praca będą miały różne wartości dla różnych ścieżek przejścia (rys. 1.6)
Skończoną ilość ciepła i pracy oznaczono odpowiednio przez Q i A, a nieskończenie małe wartości przez δQ i δA. Wielkości δQ i δA, w przeciwieństwie do dU, nie są różnicą całkowitą, ponieważ Q i A nie są funkcjami stanu.
Gdy ścieżka procesu jest z góry określona, praca i ciepło nabiorą właściwości funkcji stanu układu, tj. ich wartości liczbowe będą określane tylko przez stan początkowy i końcowy systemu.