Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Тема сегодняшней лекции связана с двумя способами изменения внутренней энергии тела.
Ну и для начала давайте вспомним, что мы можем изменять внутреннюю энергию тела, например, совершая над ним работу, когда мы накачиваем велосипедную шину, то насос при этом нагревается и некоторые по ошибке думаю, что трение поршня о стенки насоса приводит к его нагреванию...ничего подобного...это происходит потому что мы сжимаем газ, совершая над ним работу и эта работа идет на увеличение внутренней энергии, а это проявляется как увеличение температуры и мы чувствуем, что насос при этом нагревается.
Но есть еще один способ о котором мы говорили на прошлой лекции и довольно подробно говорили на наших начальных лекциях по термодинамике, а сейчас, снова, это будет темой нашего разговора. Речь пойдет о теплопередаче. Как мы в прошлый раз записали, что
Теплопередача - это изменение внутренней энергии тела без совершения работы.
И на более ранних лекция мы с вами говорили о том, что существуют три вида теплопередачи:
- допустим, если мы нагреем с одной стороны металлический стержень, то через некоторое время он прогреется весь. Это вид теплопередачи при котором энергия переносится от более нагретых частей тела к менее нагретым за счет взаимодействия движения молекул. Более быстрые молекулы, точнее более быстро колеблющиеся молекулы, которые обладают большей кинетической энергией, взаимодействуют с соседями и заставляют их тоже колебаться с большей амплитудой. И постепенно эта волна увеличения кинетической энергии хаотического движения передается и распространяется по всему стержню. И такой вид теплопередачи называется теплопроводностью.
- Когда возникают потоки жидкости или газа, нагретые или наоборот охлажденные и они распространяются по всему телу это называется конвекция.
- и самый загадочный вид теплопередачи - это излучение. Излучение, которое передается в темноте.
И так существуют три вида теплопередачи. И этими тремя способами можно изменить внутреннюю энергию тела. Внутренняя энергия у нас измеряется в джоулях, значит та мера энергии, которая сообщается телу путем теплопередачи тоже должна измерятся в джоулях и эта величина энергии называется количество теплоты.
Давайте сформулируем определение того, что называется количеством теплоты.
Количество теплоты - это энергия, сообщаемая телу в процессе теплопередачи.
А далее давайте поговорим о внутренней энергии идеального газ.
И так мы рассмотрели зависимость внутренней энергии идеального и реального газов соответственно от температуры, а также температуры и давления соответственно. И мы рассматривали ситуации, когда агрегатное состояние вещества не меняется и опыт показывает...
Давайте сформулируем определение теплоемкости тела.
Теплоемкость тела - это физическая величина численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу для увеличение его температуры на один Кельвин.
А теперь давайте выясним от чего зависит теплоемкость тела.
Давайте дадим определение удельной теплоемкости вещества.
Удельная теплоемкость вещества - это физическая величина численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить одному килограмму вещества для увеличения его температуры на один Кельвин.
На более ранних лекциях мы с вами пользовались таблицами удельной теплоемкости различных веществ. Мы знаем, например, что удельная теплоемкость воды 4200 Дж кг/С или на К. Например, удельная теплоемкость стали 450 Дж кг/K и так далее, т.е это характеристика вещества. Но, если мы посмотрим в эти таблицы, то мы можем заметить, что в них присутствуют только твердые тела и жидкости, а вот удельные теплоемкости газов там почему-то не упоминаются. И это не случайно и на этой лекции мы поймем почему так происходит, но перед этим познакомимся с еще одной разновидностью теплоемкости. С молярной теплоемкостью...
Давайте сформулируем, что такое молярная теплоемкость.
Молярная теплоемкость - это физическая величина численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить одному молю вещества для увеличения его температуры на один Кельвин.
И таким образом количество теплоты можно вычислить по следующим формулам...
А теперь давайте вернемся к тому о чем мы уже говорили чуть ранее. В последней формулировке о молярной теплоемкости не сказано о молярной теплоемкости вещества, а, просто, сказано молярная теплоемкость. И оказывается, что теплоемкость и удельная и молярная и, просто, теплоемкость тела зависит не только от вещества. Она еще зависит от того каким способом мы переводим вещество из одного состояния в другое, т.е зависит от процесса. Для твердых тел и для жидкостей можно считать, что удельная теплоемкость - это характеристика вещества. Это связано с тем, что при увеличении температуры у твердого тела или жидкости почти не меняется объем. А это значит, что раз тело не расширяется, то он не может совершать работу над другими телами. Т.е процесс является своеобразным изохорным процессом, а вот газы при нагревании очень сильно расширяются. И если сохранять давление газа, то его объем пропорционален температуре. А раз они расширяются, то они при этом совершают работу над другими телами и наоборот другие тела совершают над ними работу, а это приводит к тому, что внутренняя энергия при этом изменяется. И это в свою очередь означает, что теплоемкость газов зависит от того какой процесс над этим газом производится. И давайте приведем пример, где мы уведем в каких пределах может меняться теплоемкость газа...
А теперь давайте вернемся к двум способам изменения внутренней энергии тела...
Давайте строго сформулируем первый закон термодинамики... и так...
Первый закон термодинамики - изменение внутренней энергии тела равняется сумме количества теплоты, полученного телом и работы совершаемой над телом внешними силами.
И так мы записали формулу 1 закона термодинамики в классическом виде, но это не единственная форма и давайте посмотрим на этот закон в более содержательном виде...
Давайте теперь сформулируем этот вариант записи 1 закона термодинамики
Первый закон термодинамики (альтернативный вариант) - количество теплоты, полученное телом равно сумме работы совершенной самим телом и изменения его внутренней энергии.
Ну а теперь давайте вспомним, что мы говорили о том, что законы термодинамики можно применять к самым различным системах, начиная от не живых, таких как кирпич и живых, таких как человеческий организм. И давайте на примере работы первого закона термодинамики это и продемонстрируем.
На этом мы эту лекцию закончим.