9

ввести температурную шкалу Кельвина, если бы αp имел разное значение для

разных газов? Если вы затруднитесь с ответом или захотите проверить свой ответ, прочитайте сноску на стр. 12.

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ системы является суммой всех видов энергии, заключенных в этой системе. Согласно первому постулату термодинамики внутренняя энергия изолированной системы остается постоянной, какие бы процессы в ней ни происходили. Это, в частности, означает, что каждое состояние системы характеризуется определенным значением внутренней энергии. Всякий раз, когда система оказывается в этом состоянии, внутренняя энергия принимает фиксированное значение. Другими словами, внутренняя энергия является функцией состояния.

Внутренняя энергия обладает свойством аддитивности (от английского глагола add - добавлять, складывать), т.е. внутренняя энергия системы равна сумме внутренних энергий ее частей.

Полная энергия E любого тела может быть представлена в виде суммы внутренней энергии U и механической энергии движения тела как целого Емех = Екин + Епот . Иначе говоря, при вычислении внутренней энергии не

учитывают движение тела (системы) как целого.

Значение других важных термодинамических терминов мы поясним по мере их появления.

1.4. Разреженный газ как термодинамическая система

Проиллюстрируем некоторые из описанных выше терминов на примере простейшей системы - разреженного газа. При этом мы вспомним основные характерные процессы в газах и уравнение состояние. Эти вопросы будут постоянно использоваться нами в дальнейшем.

1.4.1. Экспериментальные газовые законы

Состояние некоторой массы газа характеризуется следующими термодинамическими параметрами: объемом (V), давлением (p) и температурой (T). Перечислим кратко изопроцессы, происходящие в газах, то есть такие процессы, которые протекают при одном фиксированном параметре.

Изотермический процесс (T=const) описывается законом Бойля - Мариотта, установленным на основании экспериментов:

при изотермическом процессе произведение давления на объем для данной массы газа (m=const) есть величина постоянная, т.е.

pV=const

График изотермического процесса в координатах {p,V} представляет собой гиперболу и носит название изотермы (рис. 1.3).

Изобарический процесс - процесс, при котором изменение состояния газа происходит при постоянном давлении (p=const). Такой процесс описывается законом Гей-Люссака, который также был установлен опытным путем:

10

при изобарическом процессе объем данной массы газа (m=const) пропорционален абсолютной температуре (температуре по шкале Кельвина)

Рис. 1.3. График изотермического процесса. сплошная линия – процесс при температуре Т1, пунктир соответствует температуре Т2.

График этого процесса представляет собой прямую линию (рис. 1.4). На оси температур указаны также градусы по шкале Цельсия. На вертикальной оси не указаны конкретные значения, поскольку они будут зависеть от массы m и вида данного газа. В таком виде график качественно описывает любое количество любого газа.

Изохорический процесс - процесс, когда изменение состояния газа происходит при постоянном объеме (V=const). Такой процесс описывается опытным законом Шарля: при изохорическом процессе давление данной массы газа (m=const) пропорционально температуре по шкале Кельвина:

ТР = const .

График этого процесса изображен на рис. (1.5) и представляет собой прямую линию, продолжение которой выходит из начала координат.

V

p2

p1

273,16К

Рис. 1.4. График изобарического процесса в координатах {V,T}. Сплошная линия – процесс при давлении р1, пунктир соответствует процессу при давлении р2.