Внутренняя энергия. Молекулярно-кинетическая теория строения вещества (МКТ)

Молекулярная физика. Тепловые явления
Внутренняя энергия

Сегодня на уроке

Михаил Ломоносов
1711—1765
Молекулярно-кинетическая теория строения вещества (МКТ) —
теория, которая объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием частиц, из которых состоят тела.
Основные положения МКТ

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
Основное уравнение МКТ устанавливает связь между давлением идеального газа и микроскопическими параметрами молекул (массой, скоростью и т. д.).
Рудольф Клаузиус
1822—1888

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ
Давление газа —
это средняя сила ударов его молекул о стенки сосуда,
отнесённая к единице площади.

Энергия теплового движения молекул
Абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул.
Людвиг Больцман
1844—1906

Уравнение состояния идеального газа
Уравнение, связывающее температуру, давление и объём идеального газа в состоянии теплового равновесия, называют уравнением состояния идеального газа.
Дмитрий Менделеев
1834—1907
Бенуа Клапейрон
1799—1864

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ
Идеальный газ —
это модель газа, удовлетворяющая следующим условиям:
1) молекулы газа можно считать МТ, которые хаотически движутся;
2) силы взаимодействия между молекулами идеального газа практически отсутствуют;
3) при столкновениях молекулы идеального газа ведут себя как абсолютно упругие шарики.

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ
Твёрдое тело —
это агрегатное состояние вещества, отличающееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

Термодинамика —
раздел молекулярной физики, который пытается установить соответствия между макропараметрами, абсолютно не интересуясь, как устроена система.
Термодинамика. Внутренняя энергия

Сади Карно
1796—1832

Первый закон термодинамики
Количество теплоты, сообщённое системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение работы системой против внешних сил.
Юлиус Майер
1814—1878
Джеймс Джоуль
1818—1889

Закон сохранения энергии
Герман Гельмгольц
1821—1894
Величина полной энергии замкнутой системы остаётся постоянной.
При этом энергия не создаётся и не уничтожается, она лишь переходит из одной формы в другую.

Выводы термодинамики основаны на фундаментальных законах, называемых началами термодинамики.
Термодинамика. Внутренняя энергия
Сади Карно
1796—1832

Выводы термодинамики основаны на фундаментальных законах, называемых началами термодинамики.
Термодинамика. Внутренняя энергия

Термодинамика. Внутренняя энергия
Термодинамическая система —
любое конечных размеров макротело или совокупность макротел.

Нулевое начало термодинамики
Для каждой изолированной термодинамической системы существует состояние термодинамического равновесия, в которое она переходит самопроизвольно.
Татьяна Афанасьева
1876—1964

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия —
сумма кинетической энергии хаотического теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия зависит:
1) от температуры тела;

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия зависит:
1) от температуры тела;
2) агрегатного состояния вещества (при его неизменной массе);

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия зависит:
1) от температуры тела;
2) агрегатного состояния вещества (при его неизменной массе);
3) массы тела.

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия тела
не зависит от его механического движения и от его взаимодействия с другими телами.
Внутренняя энергия:
Uлеж
= Uкат.
Uпод
=

Одноатомный газ —
газ, состоящий из отдельных атомов (например, инертные газы).
Термодинамика. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа:
Термодинамика. Внутренняя энергия
Число молекул в порции газа:
Средняя кинетическая энергия:

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре и не зависит от других макроскопических параметров системы.
Рудольф Клаузиус
1822—1888

Задача 1. Какова внутренняя энергия неона массой 5 г, находящегося при температуре 27 оС?
ДАНО

Задача 1. Какова внутренняя энергия неона массой 5 г, находящегося при температуре 27 оС?
РЕШЕНИЕ
ДАНО
ОТВЕТ: внутренняя энергия неона равна 935 Дж.
Внутренняя энергия газа:
Молярная масса неона:
Абсолютная температура:

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия —
сумма кинетической энергии хаотического теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Термодинамика. Внутренняя энергия
Приращение (изменение) внутренней энергии —
это разность внутренних энергий системы в конечном и начальном состояниях.

Термодинамика. Внутренняя энергия
Приращение (изменение) внутренней энергии —
это разность внутренних энергий системы в конечном и начальном состояниях.
1
2
4
3

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Изменение внутренней энергии при переходе термодинамической системы из одного состояния в другое зависит лишь от значений параметров этих состояний.
Рудольф Клаузиус
1822—1888

Задача 2. Определите приращение внутренней энергии газа, если его давление в конечном состоянии составляет 2 МПа, а объём в начальном состоянии был равен 3,0 л.
РЕШЕНИЕ
ДАНО
ОТВЕТ: в результате процесса внутренняя энергия газа уменьшилась на 9 кДж.
Уравнение состояния:
Следовательно,
Приращение внутренней энергии:

Термодинамика. Внутренняя энергия
Внутренняя энергия —
сумма кинетической энергии хаотического теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия макроскопических тел
Внутренняя энергия макроскопических тел зависит не только от абсолютной температуры, но и от объёма.
Рудольф Клаузиус
1822—1888

Способы изменения внутренней энергии

Первое начало термодинамики
Изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое равно работе внешних сил и количеству теплоты, переданному системе при теплообмене.
Юлиус Майер
1814—1878
Джеймс Джоуль
1818—1889