Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 20(190)

Рубрика журнала: Физика

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8, скачать журнал часть 9, скачать журнал часть 10, скачать журнал часть 11, скачать журнал часть 12

Библиографическое описание:
Вепрева Е.Л. РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2022. № 20(190). URL: https://sibac.info/journal/student/190/256103 (дата обращения: 10.04.2024).

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ

Вепрева Елена Леонидовна

студент, факультет информационных технологий, Российский государственный социальный университет,

РФ, г. Москва

Бекбулатов Дамир Равилович

научный руководитель,

старший преподаватель, факультет техносферной безопасности и экологии, Российский государственный социальный университет,

РФ, г. Москва

АННОТАЦИЯ

Принцип работы в термодинамике. Вывод основных формул.

 

Ключевые слова: физика, термодинамика, работа.

 

Термодинамика –  это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута.

Эйнштейн

 

Изначально понятие работы встречается нам в механике, в которой она является скалярной величиной и являясь основополагающим для изучения изменений в системах вычисляется по формуле:

A – работа;

F – модуль вектора силы;

S – модуль вектора перемещения

 – угол между векторами;

Главное отличие термодинамики от механики заключается в том, что работа, которую мы наблюдаем, мы будем рассматривать не как движение единого и целого объекта, а его части относительно термодинамической системы, благодаря чему меняется её объем. Если в механике работа определялась довольно просто, а именно произведением модулей силы и перемещения, умноженное на косинус угла между ними, то для определения работы в термодинамике действует другой закон.

Так как мы рассматриваем не весь объект, а лишь его часть, то при изменении объема скорость остается равной нулю. Отсюда и следует вывод, что работа равна изменению не кинетической энергии тела, а его внутренней энергии.

Науке известен факт того, что при сжатии или расширении любого тела изменяется его внутренняя энергия. Так с чем же связан этот удивительный процесс? Давайте разбираться.

При сжатии газа изменяется температура, это можно доказать, просто накачав велосипедную шину. Суть заключена в том, что при упругих соударениях молекул с движущимся поршнем их кинетическая энергия изменяется.

Если наблюдать за поршнем, который будет двигаться навстречу молекулам, то он передаст им часть своей механической энергии, как бы «ускорив их» в другом направлении. Это наглядный пример процесса сжатия газа.

Однако при расширении газа поршень, наоборот, будет удаляться от движущихся молекул, потому их скорость уменьшается, вследствие чего и происходит понижение температуры газа.

Когда газ сжимается или же расширяется, изменяется среднее расстояние среди молекул, оттого и средняя потенциальная энергия взаимодействия также терпит изменения.

Проведем опыт изменения объема газа в цилиндре под поршнем. Для начала необходимо вычислить работу, которую проводит не поршень, а сам газ действуя на поршень с силой F'. Сделаем мы это опираясь на третий закон Ньютона F' = –F.

F – модуль вектора силы;

Модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен:

F' = pS.

p – давление газа;

 S – площадь поршня;

Пусть газ расширяется, и поршень смещается в направлении силы F' на малое расстояние

∆h = h2 – h1.

h – перемещение поршня;

В случае, если перемещение будет очень маленьким, давление можно смело называть константой. Далее следуют получение формулы работы газа:

A – работа газа;

Преобразуем формулу через изменение объема газа. Начальный объем V1 = Sh1, а конечный V2 = Sh2. Поэтому:

V – объем газа;

При расширении газ всегда совершает положительную работу, понять это довольно легко – поршень и направление газа совпадают, а значит суммируются под знаком +. Во время этого процесса газ имеет способность передавать энергию телам вокруг.

А теперь рассмотрим ситуацию, когда внешние тела совершают некоторую работу на газ. Казалось бы, совсем другая ситуация, отличная от предыдущих случаев. Однако меняется лишь знак: A = –A'. Это обуславливается тем, что перемещение остается неизменным, в то время как сила F действует против F'. На основе этих выводов можно явить свету формулу внешних сил, которая будет отличаться лишь знаком, а переменные будут оставаться на своих местах:

Из вывода этой формулы также следует немаловажный вывод: минус обозначает, что газ, сжимаясь в своем объеме, сохраняет направление силы, которое совпадает с направлением перемещения. Газ же, в свою очередь, получает определенное количество энергии, которую ему передает внешнее тело.

Две последние формулы справедливы при изменении объема газа не только в цилиндре, как это было в нашем опыте, но и для любой системы, где изменение в объеме можно считать незначительным. А если давление не изменяется в процессе, то это применимо и для систем с большим изменением объема.

На основе вышеизложенного можно сделать вывод, преобразования для работы сильно отличаются в механике и термодинамике. С помощью формул можно находить отдельную работу каждого объекта системы, что бывает очень полезно, поскольку в механике такого результате добиться бы не удалось. Одной из особенности темы является тот факт, что скорость тела равна нулю, в то время как скорость молекул этого тела неизбежно меняются.

В итоге сложилась картина, термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В ней постоянно меняются её составляющие – термодинамические системы, и важнейшими параметрами являются – температура, объем и давление.

 

Список литературы:

  1. Белоконь Н. И. Термодинамика. — Госэнергоиздат, 1954. — 417 с.
  2. Валле Пуссен. Лекции по теоретической механике. Т. 1. — 1948. — 339 с.
  3. Путилов К. А. Термодинамика / Отв. ред. М. Х. Карапетьянц. — М.: Наука, 1971. — 376 с.

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.