Основы термодинамики

Существует три вида теплопередачи.
1)Теплопроводность – это процесс переноса энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым, осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т.п.).
2) Конвекция – вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями или потоками жидкости, или газа.
3) Излучение – процесс переноса энергии посредством электромагнитного излучения.
Количество переданной при теплообмене внутренней энергии называют количеством теплоты. Обычно ее обозначают Q и считают положительной, если тело принимает теплоту, и отрицательной, если отдает.

При плавлении тела всё тепло идет на увеличение потенциальной энергии молекул.
Удельная теплота плавления (λ) – величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения кристаллического вещества массой 1 кг при температуре плавления в жидкость.
Q=λm
Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела равно:
Q= - λm

Внутренняя энергия газа это кинетическая энергия составляющих его частиц, значит газ может сам совершать работу, например, при нагревании расширяясь и передвигая поршень.

За исключением движения небесных тел, нет таких явлений, в которых механическое движение не сопровождалось бы нагреванием или охлаждением окружающих тел.
Первый закон термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
ΔU = A+Q
Если система изолирована, то работа внешних сил равна нулю(А=0) и система не обменивается теплотой с окружающими телами (Q=0). В этом случае и ΔU = 0.
Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной (сохраняется).

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
Q=ΔU+A`
Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя (устройства, совершающего неограниченное количество работы без затрат топлива или каких-либо других материалов).
Если к системе не поступает тепло (Q=0), то работа А` может быть совершена только за счет убыли внутренней энергии A`= - ΔU. После того, как запас энергии исчерпается, двигатель перестанет работать.

б) изохорный процесс V = const ⇒ ∆V = 0.
В этом случае работа газа:
А`=pΔV=0=> ∆U = Q.
Всё переданное газу тепло расходуется на увеличение его внутренней энергии;
в) изобарный процесс p = const ⇒ ∆p = 0.
В этом случае:
Q=ΔU+A`
Адиабатным называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой:
Q=0
В этом случае A` = −∆U, т.е. изменение внутренней энергии газа происходит за счёт совершения работы газа над внешними телами.

Второй закон термодинамики: невозможно передать энергию (теплоту) от менее нагретой системы к более нагретой без одновременного изменения этих двух систем или окружающих тел.
То есть можно говорить о необратимости тепловых процессов – нельзя обратить их вспять от их естественного протекания (кроме тех случаев, когда обратимый процесс является частью более сложного процесса).
Все процессы произвольно протекают в одном направлении. Они не обратимы.
Направление процессов в природе указывается вторым законом термодинамики.

Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Все тепловые двигатели функционально делятся на три составляющие:
Нагреватель
Рабочее тело
Холодильник