КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ IV

Макроскопические тела обладают внутренней энергией, равной сумме кинетических энергий хаотического движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом. Внутренняя энергия является однозначной функцией термодинамических параметров: температуры и объема. В случае идеального одноатомного газа внутренняя энергия зависит только от температуры:

Согласно первому закону термодинамики изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Работа, совершаемая над системой, в термодинамике равна: где — давление, -изменение объема. Сама система при этом совершает работу При нагревании и охлаждении количество теплоты равно: где с — удельная теплоемкость, а — изменение температуры. Кроме того, теплота поглощается при парообразовании и плавлении и выделяется при конденсации и кристаллизации (формулы 4.6, 4.7, 4.8 и 4.9).

Работа и количество теплоты — характеристики процессов, при которых меняется энергия.

При изохорном процессе работа равна нулю и

При изотермическом процессе внутренняя энергия идеального газа не меняется и

При изобарном процессе передаваемая системе теплота идет на изменение внутренней энергии системы и совершение работы

При адиабатном процессе (в теплоизолированной системе)

При обмене теплотой в изолированной системе без совершения работы выполняется уравнение теплового баланса:

где — количества теплоты, полученные или отданные телами.

Протекающие в природе процессы с макроскопическими телами необратимы. Типичные необратимые процессы таковы теплота самопроизвольно переходит от горячего тела к холодному, но не наоборот; механическая энергия самопроизвольно переходит во внутреннюю.

Путем обобщения опытных фактов, касающихся необратимости процессов, был сформулирован второй закон термодинамики. Одна из возможных формулировок второго закона имеет прямое отношение к тепловым двигателям — устройствам, превращающим внутреннюю энергию топлива в механическую энергию: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника. Из второго закона термодинамики вытекает, что тепловые двигатели могут совершать работу только в процессе передачи теплоты от нагревателя к холодильнику. Максимально возможное значение коэффициента полезного действия теплового двигателя

где - температура нагревателя, Т — температура холодильника.

Повышение КПД тепловых двигателей, приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.