Конспект на тему "Законы термодинамики"
план-конспект урока по физике

Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики

Внутренняя энергия изменяется за счёт теплопередачи или за счёт совершения работы.

Первый закон термодинамики рассматривает более сложный случай, когда внутренняя энергия изменяется и за счёт совершения работы, и за счёт теплопередачи. Закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов называется первым законом термодинамики.

У него особая история открытия, отличная от открытия других законов. Обычно сначала формулируется закон, а затем создаются технические устройства. В этом случае было наоборот.

1736 год - паровая лодка

1770 год – паровая повозка

1775 год - отказ Парижской Академии наук принимать проекты вечных двигателей

1807 год - пароход Фултона

1824 год – паровоз Стефенсона

1842 год - статья Р. Майера “Замечания о силах неживой природы” Формула закона сложна, будет понятна на простых примерах. Когда человек болеет, у него поднимается температура, и увеличивается внутренняя энергия. Человек принимает лекарства, понижающие температуру, вызывающие потоотделение. Количество теплоты отрицательно, так как тепло отдаётся. Температура снижается до нормальной температуры. И не зря открыл закон врач.

Известный английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, ничего не знавший о работах Майера, в 1841 году после серии опытов, показал, что совершённая при перемешивании воды механическая работа практически равна увеличению её внутренней энергии.

Опираясь на работы Джоуля и Майера, а также других известных на то время научных данных, немецкий физик Герман Гельмгольц в 1847 году сформулировал закон превращения и сохранения энергии как всеобщий закон природы.

Закон сохранения энергии, записанный применительно к термодинамической системе, выглядит следующим образом:

Q = A/ + ∆U,

где Q – количество теплоты, переданное системе;

A/ - работа системы (газа);

∆U - изменение внутренней энергии системы (газа).

Первый закон термодинамики: сообщенное системе количество теплоты расходуется на совершение системой работы против внешних сил и изменение внутренней энергии системы. Если работу совершают внешние по отношению к системе тела, то работа газа считается отрицательной, работа внешних тел положительной и

 А = - A/

Тогда первый закон термодинамики лучше написать в виде ∆U = Q + А.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам:

Первый закон термодинамики не определяет направление тепловых процессов. Необратимыми называются такие явления, которые самопроизвольно протекают только в одном направлении; в обратном направлении они протекают только при внешнем воздействии.

Формулировка второго закона термодинамики: невозможно перевести тепло от менее нагретого тела к более нагретому телу при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих их телах (или невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от тела менее нагретого, к телу более нагретому).

Статистический характер второго закона термодинамики.

Состояние макроскопической системы (например, газ в баллоне) может быть реализовано огромным числом микросостояний (комбинацией в расположении молекул). Вероятность того, что первоначально находившийся в какой-либо части объёма газ весь снова соберется в какой-то момент времени в той же его части очень мала. А при очень большом числе частиц - ничтожно мала.

Вероятность обратимых процессов, наоборот, тем больше, чем меньше число частиц в системе. Поэтому справедливость второго закона термодинамики определяется достаточно большим объёмом и достаточно большим числом частиц системы. Так, например, ничтожно мала (реально равна 0) вероятность того, что спокойно висящий маятник начнет раскачиваться в результате одновременного, направленного в одну сторону удара всех молекул воздуха, до какого-то момента, двигавшихся хаотично по всем сторонам.

Направление термодинамических процессов определяется вторым законом термодинамики. Первый и второй законы термодинамики позволяют сделать заключение о невозможности создания вечного двигателя I и II рода.