Количество теплоты формула через работу

Под внутренней энергией термодинамической системы понимают кинетическую энергию теплового движения ее молекул и потенциальную энергию их взаимодействия. Она зависит от параметров состояния V,T . Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре:

Для газов, состоящих из более сложных молекул, также U

Т , но коэффициент пропорциональности другой. Это объясняется тем, что такие молекулы не только движутся поступательно, но и вращаются.

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ

Если газ расширяется при постоянном давлении р, то сила, действующая со стороны газа на поршень: F = рS, гдеS — площадь поршня.

При подъеме поршня на высоту газ совершает работу

где ΔV — изменение объема газа.

При медленном сжимании газа работа, совершаемая внешними телами над газом, будет отличаться только знаком:

Работа, совершаемая термодинамической системой при постоянном давлении, равна

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом.

Количество теплоты — это энергия, переданная телу в результате теплообмена.

Теплоемкость С — количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m на 1 К. Удельная теплоемкость с — это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К: c=C/m

Для изменения температуры вещества массой m от Т1 до Т2 ему необходимо сообщить количество теплоты

Коэффициент с в этой формуле называют удельной теплоемкостью: [с]=1 Дж/(кг*К).

При нагревании тела Q > 0, при охлаждении Q | = pV1, получим:

Количество теплоты, переданное газу, согласно первому закону термодинамики, идет на изменение его внутренней энергии и совершение газом работы:

Ответ: работа газа равна 12,5 кДж, количество теплоты, которое пошло на его нагревание, равно 43,8 кДж, изменение внутренней энергии — 31,3 кДж .

Задачи и тесты по теме "Тема 6. "Основы термодинамики"."

  • Материальная точка (Система отсчёта) — Законы взаимодействия и движения тел: основы кинематики 9 класс
Читайте также:  Кестебей блюдо татарское рецепт

Рекомендации к теме

В работе 2 представлены темы "Молекулярная физика. Основные положения молекулярно-кинетической теории" и " Основы термодинамики", которые изучают одно и то же явление с разных точек зрения. Молекулярно-кинетическая теория изучает явления с точки зрения микропараметров (массы молекулы, скорости молекулы), а термодинамика изучает тепловые явления с точки зрения макропараметров (давления, температуры, объема).

Не забывайте грамотно определять молярную массу газа, не путая ее с относительной. Обратите внимание, что газы, как правило, двухатомные молекулы (О2, Cl2, N2), следовательно, при расчетах масса молекулы газа увеличивается в 2 раза.

При расчетах не забывайте переводить температуры из оС (по шкале Цельсия) в температуру К (по школе Кельвина), так как в формулах используется температура по шкале Кельвина, а условия в школьных задачах, как правило, задаются по Цельсию.

Забыв перевести температуру из одной шкалы в другую, Вы рискуете не получить ответа на задачу.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом или теплопередачей. Теплообмен происходит между телами, имеющими разную температуру. При установлении контакта между телами с различными температурами происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, у которого температура ниже. Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты.

Удельная теплоемкость вещества:

Если процесс теплопередачи не сопровождается работой, то на основании первого закона термодинамики количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела: .

Средняя энергия беспорядочного поступательного движения молекул пропорциональна абсолютной температуре. Изменение внутренней энергии тела равно алгебраической сумме изменений энергии всех атомов или молекул, число которых пропорционально массе тела, поэтому изменение внутренней энергии и, следовательно, количество теплоты пропорционально массе и изменению температуры:

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется удельной теплоемкостью вещества. Удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

Читайте также:  Как сшить игрушку сплюшку своими руками

Работа в термодинамике:

В механике работа определяется как произведение модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними. Работа совершается при действии силы на движущееся тело и равна изменению его кинетической энергии.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. В результате меняется объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но равна изменению не кинетической энергии тела, а его внутренней энергии.

При совершении работы (сжатии или расширении) изменяется внутренняя энергия газа. Причина этого состоит в следующем: при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия.

Вычислим работу газа при расширении. Газ действует на поршень с силой , где— давление газа, а— площадь поверхностипоршня. При расширении газа поршень смещается в направлении силына малое расстояние. Если расстояние мало, то давление газа можно считать постоянным. Работа газа равна:

, где — изменение объема газа.

В процессе расширения газа совершает положительную работу, так как направление силы и перемещения совпадают. В процессе расширения газ отдает энергию окружающим телам.

Работа, совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы газа только знаком , так как сила, действующая на газ, противоположна силе, с которой газ действует на поршень, и равна ей по модулю (третий закон Ньютона); а перемещение остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил равна:

.

Первый закон термодинамики:

Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии, распространенным на тепловые явления. Закон сохранения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

В термодинамике рассматриваются тела, положение центра тяжести которых практически не меняется. Механическая энергия таких тел остается постоянной, а изменяться может лишь внутренняя энергия.

Читайте также:  Книжные стеллажи для книг

Внутренняя энергия может изменяться двумя способами: теплопередачей и совершением работы. В общем случае внутренняя энергия изменяется как за счет теплопередачи, так и за счет совершения работы. Первый закон термодинамики формулируется именно для таких общих случаев:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Если система изолирована, то над ней не совершается работа и она не обменивается теплотой с окружающими телами. Согласно первому закону термодинамики внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.

Учитывая, что , первый закон термодинамики можно записать так:

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Второй закон термодинамики: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.

Термодинамика > Внутренняя энергия > Количество теплоты (Q). Пример см. здесь.

Содержание Величина Наименование
Q — энергия, которую тело теряет или приобретает при передаче тепла.
Формула количества теплоты зависит от протекающего процесса.

Формулы количества теплоты при некоторых процессах:

Количество теплоты при нагревании и охлаждении .

Количество теплоты при плавлении или кристаллизации .

Количество теплоты при кипении, испарении жидкости и конденсации пара.

Количество теплоты при сгорании топлива.

Дополнительно см. интерактивную презентацию "Фазовые переходы".

Количество теплоты всегда передается от более горячих тел к более холодным до достижения ими одинаковой температуры (теплового равновесия), если нет иных процессов, кроме теплопередачи.
В замкнутой системе тел выполняется уравнение теплового балланса: Q1 + Q2 + . = 0 — количество теплоты, которое теряют горячие тела, равно количеству тепла, получаемому холодными.

Количество теплоты, переданное телу,
идет на изменение его внутренней энергии
и на совершение им работы (Первый закон термодинамики).

Закон Джоуля-Ленца: в неподвижном металлическом проводнике вся энергия электрического тока превращается в тепло:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector