ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ

Термодинаміка, як і молекулярна фізика, розглядає і пояснює властивості макросістем, але не вникає в детальний аналіз молекулярних процесів, а використовує енергетичні співвідношення при перетворенні енергії з одною її виду я інший. При цьому використовуються фундаментальні положення термодинаміки (або початку), які є узагальненням досвіду.

Внутрішня енергія

Як уже сказано, кожна молекула, беручи участь в хаотичному русі, має кінетичної енергією. При хаотичному поступальному русі газових молекул середнє значення кінетичної енергії молекули обчислюється за формулою (29). Сума значень кінетичної енергії всіх молекул тіла утворює молекулярно-кінетічесную енергію тіла.

Перебуваючи один від одного на деяких відстанях, молекули реального газу і будь-якого тіла взаємодіють між собою своїми силовими полями. Якщо при гравітаційній взаємодії тіла з Землею, тіло має запас потенційної енергії цієї взаємодії, то і молекули володіють потенційною енергією міжмолекулярної взаємодії. Сумарне значення потенційної енергії всіх молекул тіла становить молекулярно потенційну енергію тіла.

Якщо скласти докупи значення молекулярно-кінетичної і молекулярно-потенційної енергії, то ця сума і визначає внутрішню енергію тіла (газу).

Внутрішня енергія ідеального газу складається лише з молекулярнокінетіческой, так як взаємодією молекул для ідеального газу нехтуємо, отже, молекулярно-потенційна енергія для ідеального газу дорівнює нулю.

Обчислимо внутрішню енергію (U) для ідеального одноатомного газу, молекули якого складаються з одного атома і можуть бути прийняті за матеріальні точки. Для цього необхідно середнє значення кінетичної енергії <Е> помножити на загальне число всіх молекул N в газі. З огляду на співвідношення (29), отримаємо:

Значення N отримаємо, використовуючи число Авогадро (число молекул в одному молі) та число молей у , яке для газу з масою m і масою благаючи М одно їх відношенню:

Тоді для значення внутрішньої енергії U отримаємо:

При цьому враховано, що kN a -R.

Таким чином, внутрішня енергія ідеального газу масою m прямо пропорційна його термодинамічної температурі, інакше кажучи, є функцією параметра Т.

Не наводячи детального обчислення, вкажемо, що в разі двоатомних газів (Н 2 , N 2 , 0 2 і т.д.) значення внутрішньої енергії U обчислюється за формулою:

Підвищення значення внутрішньої енергії в цьому випадку пов'язано з тим, що молекула з двох жорстко пов'язаних атомів, уподібнюється гантелі, здатна при хаотичному русі обертатися навколо двох взаємно перпендикулярних осей. За рахунок обертання кінетична енергія двоатомних молекули ста-

новится більше, ніж кінетична енергія одноатомної молекули, що здійснює при хаотичному русі тільки поступальний рух.

Для реального газу при обчисленні внутрішньої енергії слід враховувати молекулярно-потенційну енергію, яка залежить від відстані між взаємодіючими молекулам, тобто залежить від займаного газом об'єму V. Отже, для реального газу внутрішня енергія U є функцією параметрів стану Т і V.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >