- •Молекулярна фізика та термодинаміка
- •I. Основні положення молекулярної фізики і термодинаміки
- •1.1. Молекулярна фізика і термодинаміка, їх завдання та методи
- •1.2. Макроскопічні параметри системи та їх мікроскопічне тлумачення
- •1.3. Основні газові закони. Рівняння стану ідеального газу
- •1.4. Тиск газу з погляду молекулярно-кінетичної теорії
- •1.5. Молекулярно-кінетичне тлумачення температури
- •II. Перший закон термодинаміки
- •2.1. Вступ
- •2.2. Внутрішня енергія термодинамічної системи
- •2.3. Теплота і робота як форми передачі енергії
- •2.4. Теплоємність
- •2.5. Перший закон термодинаміки
- •2.6. Ізопроцеси в ідеальних газах
- •III. Другий закон термодинаміки
- •3.1. Можливості першого закону термодинаміки
- •3.2. Колові процеси
- •3.3. Цикл Карно
- •3.4. Нерівність Клаузіуса
- •3.5. Ентропія і її властивості
- •3.6. Другий закон термодинаміки
- •3.7. Статистичний характер другого закону термодинаміки
- •IV. Термодинамічні потенціали
- •4.1. Загальні відомості
- •4.2. Внутрішня енергія
- •4.3. Енергія Гельмгольца
- •4.4. Ентальпія
- •4.5. Енергія Гіббса
- •V. Третій закон термодинаміки
- •VI. Статистичні розподіли
- •6.1. Короткі відомості з теорії ймовірностей
- •6.2. Закон розподілу Больцмана
- •6.3. Закон розподілу Максвелла
- •6.4. Закон розподілу Максвелла–Больцмана
- •6.5. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності
- •6.6. Внутрішня енергія й теплоємність ідеального газу
- •VII. Явища переносу в газах
- •7.1. Середня довжина вільного пробігу молекули
- •7.2. Дифузія в газах
- •7.3. Внутрішнє тертя з газах
- •7.4. Теплопровідність газів
- •VIII. Реальні гази
- •8.1. Відхилення реальних газів від ідеальності
- •8.2. Рівняння Ван-дер-Ваальса
- •8.3. Ізотерми реальних газів. Фазові переходи
- •8.4. Критична точка. Закон відповідних станів
- •8.5. Внутрішня енергія реального газу
- •8.6. Ефект Джоуля–Томсона
- •8.7. Зрідження газів та отримання низьких температур
- •IX. Рідини
- •9.1. Деякі властивості та будова рідини
- •9.2. Поверхневий натяг рідини
- •9.3. Поверхнево-активні речовини. Адсорбція
- •9.4. Змочування
- •9.5. Тиск викривленої поверхні. Капілярні явища
- •Х. Кристали
- •10.1. Особливості кристалічного стану
- •10.2. Класифікація кристалів
- •10.3. Фізичні типи кристалів
- •10.4. Дефекти в кристалах
2.3. Теплота і робота як форми передачі енергії
У разі взаємодії системи з зовнішніми тілами можливі два різних способи зміни енергії цієї системи: шляхом здійснення роботи і шляхом теплообміну. Відповідно до цього говорять, що обмін енергією між системою і зовнішніми тілами здійснюється у формі роботи і у формі теплоти.
Робота є кількісною мірою енергії, якою система обмінюється із зовнішніми тілами в результаті меха-нічної взаємодії з ними. Оскільки за визначенням робота є добутком сили на шлях, то виконання роботи над макроскопічно нерухо-мою системою означає, що повинні рухатися зовнішні тіла, що діють на систему, тобто мають змінюватися форма чи об’єм системи. Так, над газом в циліндрі, робота буде виконуватися під час стискання газу. Під час переміщення поршня на відстань (рис 2.1) виконується робота:
( 2.3)
Під час переміщення поршня з положення 1 у положення 2 буде виконана робота:
( 2.4)
При переході системи зі стану 1 в стан 2 робота залежить від способу пере-ходу. Так, робота процесу переходу зі стану 1 у стан 2 через різні стани а і b не однакова, а результуюча робота повного процесу 1-а-2-b-1 не дорівнює нулю, а пропорційна заштрихованій на рис 2.2 площі:
(2.5)
Зі сказаного вище випливає, що не є повним диференціалом, а робота не є функцією стану системи.
Теплота є мірою енергії, якою система обмінюється з зовнішнім середовищем шляхом теплопередачі, тобто без здійснення механічної роботи. Передача енергії у вигляді теплоти може здійснюватися шляхом конвекційного обміну (наприклад, передача енергії від опалювальних батарей у приміщенні), теплопровідності (теплообмін при контакті тіл) і теплообмінного випромінювання (наприклад, потік сонячної енергії). Якщо система виходить з якогось початкового стану, а потім повертається в цей стан, то повна зміна теплоти для даної системи не завжди дорівнює нулю:
(2.6)
Отже, не є повним диференціалом, а теплота не є функцією стану системи.
Таким чином, на відміну від внутрішньої енергії, що є однозначною функцією стану термодинамічної системи, поняття теплоти і роботи в термодинаміці мають сенс тільки в зв'язку з процесом зміни стану системи. Вони є енергетичними характеристиками цього процесу. Теплоту і роботу можна розглядати як способи обміну енергією між взаємодіючими тілами, але не як різні види енергії. Обидва ці способи обміну енергією не рівноцінні, але в реальних умовах завжди супроводжують один одного. Так, здійснення роботи над системою може призвести до зміни будь-якого виду енергії, у тому числі й кінетичної енергії поступального руху мікрочастинок системи, а значить, і до зміни температури системи. При нагріванні тіла розширюються, а це означає, що відбувається робота проти зовнішніх сил.
Теплота і робота вимірюються в одиницях енергії.