« فیزیک - درجه 10 »
پدیده های حرارتی را می توان با استفاده از مقادیر (پارامترهای ماکروسکوپی) اندازه گیری کرد. اندازه گیری شده توسط ابزارهایی مانند فشار سنج و دماسنج. این دستگاه ها به اثرات مولکول های فردی واکنش نشان نمی دهند. تئوری فرایندهای حرارتی که در آن ساختار مولکولی بدن ها به حساب نمی آید نامیده می شود ترمودینامیک. در ترمودینامیک، فرایندها از لحاظ تبدیل گرما به سایر انواع انرژی در نظر گرفته می شوند.
انرژی داخلی چیست؟
شما می دانید چه راهی برای تغییر انرژی داخلی؟
ترمودینامیک در وسط قرن نوزدهم ایجاد شد. پس از باز کردن قانون حفاظت از انرژی. این بر اساس مفهوم است انرژی درونی. نام "داخلی" شامل بررسی سیستم به عنوان مجموعه ای از مولکول های متحرک و تعامل است. اجازه دهید ما در مورد این که اتصال بین ترمودینامیک و تئوری مولکولی جنبشی وجود داشته باشد، ساکن باشیم.
ترمودینامیک و مکانیک آماری.
اولین تئوری علمی فرایندهای حرارتی، یک نظریه مولکولی جنبشی نبود، بلکه ترمودینامیک بود.
ترمودینامیک هنگام مطالعه شرایط مطلوب برای استفاده از گرما به کار رخ داده است. این اتفاق افتاد در وسط قرن نوزدهم، مدتها قبل از تئوری مولکولی-جنبشی، شناخت جهانی بود. در عین حال، ثابت شد که، همراه با انرژی مکانیکی، بدن های ماکروسکوپی نیز دارای انرژی محصور شده در داخل تلفن خود هستند.
در حال حاضر در علم و فناوری در مطالعه پدیده های گرما، هر دو ترمودینامیک و تئوری مولکولی-جنبشی استفاده می شود. در فیزیک نظری، نظریه جنبشی مولکولی نامیده می شود مکانیک آماری
ترمودینامیک و مکانیک آماری با روش های مختلف به تنهایی و پدیده های مشابه و هماهنگی یکدیگر را تکمیل می کنند.
سیستم ترمودینامیکی ترکیبی از بدن های تعامل که انرژی و مواد را مبادله می کند نامیده می شود.
انرژی داخلی در نظریه مولکولی جنبشی.
مفهوم اصلی ترمودینامیک مفهوم انرژی داخلی است.
انرژی بدن داخلی (سیستم ها) مجموع انرژی جنبشی حرکت حرارتی هرج و مرج مولکول ها و انرژی بالقوه تعامل آنها است.
انرژی مکانیکی بدن (سیستم) به عنوان کل در انرژی داخلی گنجانده نشده است. به عنوان مثال، انرژی داخلی گاز در دو عروق یکسان تحت شرایط برابر، صرف نظر از حرکت عروق و موقعیت آنها نسبت به یکدیگر، یکسان است.
محاسبه انرژی داخلی بدن (یا تغییر آن)، با توجه به حرکت مولکول های فردی و موقعیت آنها نسبت به یکدیگر، تقریبا غیرممکن به علت تعداد زیادی از مولکول ها در بدن ماکروسکوپیک. بنابراین، لازم است قادر به تعیین ارزش انرژی داخلی (یا تغییر آن) بسته به پارامترهای ماکروسکوپیک که می تواند به طور مستقیم اندازه گیری شود.
انرژی داخلی گاز تک تک تک تک.
ما انرژی داخلی گاز تک اسمی را محاسبه می کنیم.
با توجه به مدل مولکول گاز ایده آل با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند، بنابراین انرژی بالقوه تعامل آنها صفر است. کل انرژی داخلی گاز کامل توسط انرژی جنبشی جنبش بی نظیر مولکول های آن تعیین می شود.
برای محاسبه انرژی داخلی گاز تک هسته ای ایده آل، ما باید انرژی متوسط \u200b\u200bجنبشی یک اتم را به تعداد اتم ها افزایش دهیم. با توجه به این که KN A \u003d R، فرمول را برای انرژی داخلی گاز ایده آل به دست می آوریم:
انرژی داخلی گاز تک هسته ای ایده آل به طور مستقیم با دمای مطلق آن متناسب است.
این به حجم و سایر پارامترهای سیستم ماکروسکوپی بستگی ندارد.
تغییر در انرژی داخلی گاز ایده آل
i.E. توسط دمای حالت های اولیه و پایان گاز تعیین می شود و به روند بستگی ندارد.
اگر گاز کامل شامل مولکول های پیچیده تر از یک نام باشد، انرژی داخلی آن نیز متناسب با دمای مطلق است، اما ضریب تناسب بین U و T یکی دیگر است. این به این واقعیت توضیح داده شده است که مولکول های پیچیده نه تنها به طور مداوم حرکت می کنند، بلکه نسبت به مقررات تعادلی خود نیز چرخش و نوسان می کنند. انرژی داخلی چنین گازها برابر با مجموع انرژی های حرکات ترجمه، چرخشی و نوسان مولکول ها است. در نتیجه، انرژی داخلی گاز پلی اییدر بیشتر از انرژی یک گاز یکپارچه در همان دما است.
وابستگی انرژی داخلی از پارامترهای ماکروسکوپیک.
ما دریافتیم که انرژی داخلی گاز کامل بستگی به یک پارامتر دارد.
گازهای واقعی، مایعات و بدن های جامد متوسط \u200b\u200bانرژی بالقوه تعامل مولکول ها برابر صفر نیست. درست است، برای گازها، بسیار کمتر از انرژی جنبشی مولکول های متوسط \u200b\u200bاست، اما برای بدن های جامد و مایع قابل مقایسه با آن است.
میانگین انرژی بالقوه تعامل مولکول های گاز بستگی به حجم ماده دارد، زیرا زمانی که تغییر حجم، فاصله متوسط \u200b\u200bبین مولکول ها تغییر می کند. در نتیجه، انرژی داخلی گاز واقعی در ترمودینامیک به طور کلی به همراه درجه حرارت T و از حجم V بستگی دارد.
ممکن است انرژی داخلی گاز واقعی بستگی به فشار بستگی دارد، بر اساس این واقعیت که فشار را می توان از طریق درجه حرارت و حجم گاز بیان کرد.
مقادیر پارامترهای ماکروسکوپیک (درجه حرارت T حجم V، و غیره) به طور منحصر به فرد دولت تلفن را تعیین می کند. بنابراین، آنها انرژی داخلی بدن های ماکروسکوپی را تعیین می کنند.
انرژی داخلی U از بدن های ماکروسکوپی به طور منحصر به فرد توسط پارامترهای مشخص شده وضعیت این بدن ها تعیین می شود: دما و حجم.
ذرات هر بدن - اتم ها یا مولکول ها - یک جنبش بی وقفه هرج و مرج (به اصطلاح ترافیک گرما) بنابراین، هر ذره دارای انرژی جنبشی است.
علاوه بر این، ذرات ماده با یکدیگر نیروهای جاذبه الکتریکی و انفجار برق و همچنین از طریق نیروهای هسته ای ارتباط برقرار می کنند. بنابراین، کل سیستم ذرات این بدن نیز دارای انرژی بالقوه است.
انرژی جنبشی حرکت گرمای ذرات و انرژی بالقوه تعامل آنها با هم نوع جدیدی از انرژی را تشکیل می دهد که توسط انرژی مکانیکی بدن (یعنی انرژی جنبشی حرکت بدن به عنوان یک کل و پتانسیل انرژی تعامل آن با سایر اجسام). این نوع انرژی انرژی داخلی نامیده می شود.
انرژی داخلی بدن، کل انرژی جنبشی از حرکت حرارتی ذرات آن به همراه انرژی بالقوه تعامل آنها با یکدیگر است.
انرژی داخلی سیستم ترمودینامیکی مجموع انرژی های داخلی بدن در سیستم است.
بنابراین، انرژی داخلی بدن، شرایط زیر را تشکیل می دهد.
1. انرژی جنبشی حرکت مداوم هرج و مرج ذرات بدن.
2. انرژی بالقوه مولکول ها (اتم ها) ناشی از نیروهای متقابل بین مولکولی.
3. انرژی الکترونی در اتم ها.
4. انرژی اولیه.
در مورد ساده ترین مدل ماده - گاز کامل - برای انرژی داخلی، ممکن است یک فرمول واضح بدست آورید.
انرژی بالقوه تعامل ذرات گاز کامل صفر است (ما به یاد می آوریم که در مدل گاز ایده آل ما از تعامل ذرات در فاصله غفلت می کنیم). بنابراین، انرژی داخلی گاز ایده آل یکپارچه به انرژی سینتیکی کل ترجمه (در گاز پلی هیدریک، ضروری است که هنوز هم به چرخش مولکول ها و نوسانات اتم های داخل مولکول ها در نظر گرفته شود) از اتم های آن ضروری است. این انرژی را می توان یافت، ضرب شده توسط تعداد اتم های گاز بر روی انرژی جنبشی متوسط \u200b\u200bیک اتم:
ما می بینیم که انرژی داخلی گاز کامل (ترکیب جرم و شیمیایی که بدون تغییر است) عملکرد تنها دمای آن است. در گاز واقعی، مایع یا بدن جامد، انرژی داخلی به حجم بستگی دارد - پس از همه، با تغییر حجم، ترتیب متقابل ذرات تغییر می کند و به عنوان یک نتیجه انرژی بالقوه تعامل آنها را تغییر می دهد.
مهمترین ویژگی انرژی داخلی این است که این است تابع وضعیت سیستم ترمودینامیکی. یعنی انرژی داخلی قطعا توسط مجموعه ای از پارامترهای ماکروسکوپی مشخص می شود که سیستم را مشخص می کند و به «پیش از تاریخ» سیستم بستگی ندارد، I.E. از آنچه که دولت سیستم پیش از آن بود و به طور مشخص در این حالت بود.
بنابراین، هنگامی که تغییر یک سیستم از یک حالت به تغییر دیگر در انرژی داخلی آن تنها توسط حالت های اولیه و پایان سیستم تعیین می شود و بستگی ندارد از مسیر انتقال از حالت اولیه تا فینال. اگر سیستم به حالت اصلی خود بازگردد، تغییر در انرژی داخلی آن صفر است.
تجربه نشان می دهد که تنها دو راه برای تغییر انرژی داخلی بدن وجود دارد:
ساختن کار مکانیکی؛
انتقال حرارت.
به سادگی قرار دادن، گرما کتری را می توان تنها دو روش اساسا متفاوت انجام داد: آن را با چیزی بشویید یا آتش را بگذارید :-) این روش ها را در جزئیات بیشتر در نظر بگیرید.
اگر کار انجام شود بر فراز بدن، انرژی داخلی بدن افزایش می یابد.
به عنوان مثال، یک ناخن پس از ضربه بر روی آن گرم و کمی تغییر شکل داده شده است. اما دما اندازه گیری انرژی جنبشی میانی ذرات بدن است. گرمای ناخن به افزایش انرژی جنبشی ذرات خود را نشان می دهد: در واقع، ذرات از ضربه چکش و از اصطکاک ناخن در هیئت مدیره سرعت می یابند.
تغییر شکل چیزی جز جابجایی ذرات نسبت به یکدیگر نیست؛ ناخن پس از ضربه، تجربه تغییر شکل فشرده سازی را تجربه می کند، ذرات آن نزدیکتر می شوند، نیروی انفجار بین آنها افزایش می یابد و این باعث افزایش انرژی بالقوه ذرات ناخن می شود.
بنابراین، انرژی داخلی ناخن افزایش یافت. این نتیجه کمیسیون کار بود - کار توسط چکش و قدرت اصطکاک در مورد هیئت مدیره انجام شد.
اگر کار انجام شود سام بدن، انرژی داخلی بدن کاهش می یابد.
به عنوان مثال، هوای فشرده را در مخزن عایق حرارتی تحت پیستون گسترش دهید و برخی از محموله ها را افزایش می دهد، در نتیجه کار را انجام می دهد (فرآیند در کشتی عایق حرارتی نامیده می شود adiabatu. ما با توجه به قانون اول ترمودینامیک، فرایند آدیاباتیک را مطالعه خواهیم کرد. در طی چنین فرایندی، هوا خنک خواهد شد - مولکول های آن، پس از پیستون متحرک، به او بخشی از انرژی جنبشی خود را می دهد. (درست مثل یک بازیکن فوتبال، متوقف کردن پا به سرعت توپ پرواز، آن را می سازد از جانب توپ و سرعت آن را خاموش می کند.)، انرژی داخلی هوا کاهش می یابد.
هوا، به این ترتیب، کار را به هزینه انرژی داخلی خود انجام می دهد: از آنجا که کشتی به صورت حرارتی عایق شده است، هیچ گونه نفوذ انرژی به هوا از هر منبع خارجی وجود ندارد و انرژی را برای انجام هوا تنها می تواند از سهام خود داشته باشد .
انتقال حرارت فرآیند انتقال انرژی داخلی از یک بدن گرمتر به یک کولر، نه مربوط به کمیسیون کار مکانیکی است.. انتقال حرارت را می توان با تماس مستقیم از بدن یا از طریق یک محیط متوسط \u200b\u200b(و حتی از طریق خلاء) انجام داد. انتقال حرارت به عقب برگشت تبادل حرارت.
سه نوع انتقال حرارت متمایز هستند: هدایت حرارتی، انتقال حرارتی، تابش حرارتی.
حالا ما جزئیات بیشتری به آنها نگاه خواهیم کرد.
اگر میله آهن خوردن یک پایان به آتش، و سپس همانطور که ما می دانیم، شما آن را در دست خود نگه دارید. پیدا کردن به میدان درجه حرارت بالا، اتم های آهن شروع به نوسان بیشتر به شدت (یعنی، آنها انرژی جنبشی اضافی را به دست می آورند) و آنها باعث می شود ضربات قوی در همسایگان خود را.
انرژی جنبشی اتم های همسایه نیز افزایش می یابد و در حال حاضر این اتم ها انرژی جنبشی اضافی را به همسایگان خود گزارش می دهند. بنابراین از سایت به بخش حرارت به تدریج بر روی میله گسترش می یابد - از انتهای پایان به دست ما. این هدایت حرارتی است (شکل 1) (تصویر از EducationalElectronicsusa.com).
شکل. 1. هدایت گرما
هدایت حرارتی انتقال انرژی داخلی از بخش های گرم تر از بدن به دلیل حرکت حرارتی و تعامل ذرات بدن است.
هدایت حرارتی مواد مختلف متفاوت است. هدایت حرارتی بالا فلزات است: بهترین هادی های گرما نقره ای، مس و طلا هستند. هدایت حرارتی مایعات بسیار کوچکتر است. گازها گرما بسیار بد هستند که قبلا متعلق به عایق های حرارتی هستند: مولکول های گازها به دلیل فاصله های طولانی بین آنها ضعیف با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. به همین دلیل، به عنوان مثال، فریم های دوگانه در ویندوز ساخته می شوند: لایه هوا مانع از مراقبت از گرما می شود).
به این ترتیب، هادی های گرما، بدن های متخلخل مانند آجر، پشم پنبه یا خز هستند. آنها حاوی هوا در منافذ هستند. جای تعجب نیست که خانه های آجری بیشتر گرم و در یخبندان هستند، مردم پوشاک خز و کت را با یک لایه از کرک یا سنتز پوشانده اند.
اما اگر هوا گرما را به شدت گرم کند، پس چرا از اتاق باتری گرم می شود؟
این به دلیل نوع دیگر انتقال حرارت است.
انتقال انتقال انرژی داخلی در مایعات یا گازها به عنوان یک نتیجه از گردش جریان و تکان دادن ماده است.
هوا در نزدیکی باتری گرم می شود و گسترش می یابد. قدرت عمل بر روی این هوا باقی می ماند، و قدرت خروج از هوا خارج می شود، به طوری که هوا گرم شروع به پاپ تا سقف. این به هوا سرد می آید (همان فرآیند، اما در مقیاس بسیار بلندپروازانه، به طور مداوم در طبیعت اتفاق می افتد: این چگونگی باد رخ می دهد)، که همان چیزی است که تکرار می شود.
در نتیجه، گردش هوا ایجاد می شود، که به عنوان نمونه ای از انتقال عمل می کند - توزیع گرما در اتاق با جریان هوا انجام می شود.
یک فرآیند کاملا مشابه را می توان در مایع مشاهده کرد. هنگامی که یک کیک کتری یا آب را بر روی صفحه قرار می دهید، گرمایش آب به طور عمده به علت جابجایی رخ می دهد (سهم هدایت حرارتی آب در اینجا بسیار ناچیز است).
جریان جابجایی در هوا و مایع در شکل نشان داده شده است. 2 (تصاویر از physics.arizona.edu).
شکل. 2. انتقال
در بدن جامد، جابجایی وجود ندارد: نیروهای متقابل ذرات بزرگ هستند، ذرات نوسان در نزدیکی نقاط فضایی ثابت (گره های شبکه کریستالی)، و هیچ جریان از مواد نمی تواند در چنین شرایطی شکل نمی گیرد.
برای گردش خون جریانهای زمانی که حرارت اتاق برای گرم شدن هوا لازم است این جایی بود که پاپ آپ بود. اگر رادیاتور زیر سقف نصب شده باشد، هیچ گردش خون به وجود نخواهد آمد - هوا گرم به طوری تحت سقف و باقی می ماند. به همین دلیل دستگاه های گرمایش قرار می گیرند پایین اتاق ها به همین دلیل، کتری قرار داده شده است در آتش، در نتیجه لایه های گرم آب، بلند کردن، پایین تر از محل، سردتر است.
برعکس، سیستم تهویه مطبوع باید تا حد ممکن نزدیک شود: سپس هوای خنک کننده شروع به فرود می کند، و گرم تر به جای آن می آید. گردش خون در جهت مخالف در مقایسه با جریان جریان در هنگام گرم کردن اتاق، در جهت مخالف قرار می گیرد.
چگونه زمین از خورشید انرژی می گیرد؟ هدایت حرارتی و حرارتی حذف می شود: ما 150 میلیون کیلومتر از فضای بی نظیر از هم جدا می شویم.
نوع سوم انتقال حرارت در اینجا کار می کند - تابش گرما. تابش را می توان در هر دو ماده و در Vacuo توزیع کرد. چگونه رخ می دهد؟
به نظر می رسد که میدان های الکتریکی و مغناطیسی به یکدیگر وابسته هستند و دارای یک اموال قابل توجه هستند. اگر میدان الکتریکی با زمان تغییر کند، پس از آن یک میدان مغناطیسی تولید می کند، که به طور کلی با زمان تغییر می کند (بیشتر در مورد این در ورق القاء الکترومغناطیسی شرح داده می شود). به نوبه خود، میدان مغناطیسی متغیر یک میدان الکتریکی متناوب تولید می کند که دوباره یک میدان مغناطیسی متغیر را تولید می کند، که دوباره یک میدان الکتریکی متناوب تولید می کند ...
به عنوان یک نتیجه از توسعه این روند در فضا اعمال می شود موج الکترومغناطیسی - "افزایش" توسط هر یک از میدان های الکتریکی و مغناطیسی دیگر. مانند صدای، امواج الکترومغناطیسی دارای سرعت و سرعت فرکانس هستند - در این مورد، این فرکانس که با آن در موج و جهت زمینه ها تردید می کند. نور قابل مشاهده یک مورد خاص از امواج الکترومغناطیسی است.
سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در Vacuo بزرگ است: KM / s. بنابراین، از زمین به ماه، نور کمی بیش از یک ثانیه طول می کشد.
محدوده فرکانس امواج الکترومغناطیسی بسیار گسترده است. ما در مورد مقیاس امواج الکترومغناطیسی در جزئیات بیشتر در بخش کاغذ مناسب صحبت خواهیم کرد. در اینجا ما فقط یادآوری می کنیم که نور مرئی یک محدوده کوچک این مقیاس است. در زیر آن فرکانس تابش مادون قرمز، بالا - فراوانی اشعه ماوراء بنفش است.
به یاد بیاورید که اتم ها، به طور کلی از لحاظ الکتریکی خنثی هستند، حاوی پروتون های مثبت متضاد و الکترون های منفی هستند. این ذرات شارژ، ایجاد حرکت هرج و مرج همراه با اتم ها، ایجاد متغیرهای میدان های الکتریکی و به این ترتیب امواج الکترومغناطیسی را منتشر می کنند. این امواج نامیده می شوند تابش حرارتی - در یادآوری که منبع آنها به حرکت حرارتی ذرات ماده عمل می کند.
منبع تابش حرارتی هر بدن است. در این مورد، تابش بخشی از انرژی داخلی آن است. با اتم های بدن دیگر ملاقات کرد، تابش آنها را با میدان الکتریکی نوسان خود تسریع می کند و انرژی داخلی این بدن افزایش می یابد. این همان چیزی است که ما در آفتاب گرم می شویم.
در دمای طبیعی، فراوانی تابش گرما در محدوده مادون قرمز قرار دارد، به طوری که چشم آن را درک نمی کند (ما نمی بینیم که ما "درخشان" هستیم). هنگامی که بدن گرم می شود، اتم های آن شروع به تابش امواج فرکانس های بالاتر می کنند. ناخن آهن می تواند Splitken باشد - به چنین درجه حرارتی برسد که تابش حرارتی آن به قسمت پایین تر (قرمز) از محدوده قابل مشاهده آزاد می شود. و خورشید به نظر ما زرد سفید است: درجه حرارت بر روی سطح خورشید بسیار زیاد است که تمام فرکانس های نور مرئی در طیف اشعه آن، و حتی ماوراء بنفش، به لطف که ما از آن غرق می شویم، وجود دارد.
بیایید نگاهی به سه نوع انتقال حرارت (شکل 3) (تصاویر از سایت Beodom.com).
شکل. 3. سه نوع انتقال حرارت: هدایت حرارتی، انتقال و تابش
انرژی یک معیار رایج از اشکال مختلف حرکت ماده است. بر این اساس، اشکال حرکت ماده بین نوع انرژی - مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی و غیره تشخیص می دهد هر سیستم ترمودینامیکی در هر شرایطی دارای انرژی خاصی است، که وجود آن توسط R. clausius (1850) اثبات شده است و نام انرژی داخلی را دریافت کرد.
انرژی درونی (U) انرژی تمام انواع حرکت میکروارگانیسم ها است که سیستم را تشکیل می دهند و انرژی تعامل خود را در میان خودشان تشکیل می دهند.
انرژی داخلی شامل انرژی جنبش ترجمه، چرخشی و نوسان ذرات، انرژی تعاملات بین مولکولی و داخل مولکولی، درون صنعتی و درون مغزی و غیره است.
انرژی تعامل داخل مولکولی، I.E. انرژی تعامل اتم ها در مولکول اغلب نامیده می شود انرژی شیمیایی . تغییر این انرژی در تحولات شیمیایی اتفاق می افتد.
برای تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی، نیازی به دانستن وجود دارد که از آن دسته از اشکال حرکت ماده یک انرژی داخلی وجود دارد.
عرضه انرژی داخلی تنها به وضعیت سیستم بستگی دارد. در نتیجه، انرژی داخلی می تواند به عنوان یکی از ویژگی های آنها در این حالت در مقایسه با چنین مقادیر، فشار، درجه حرارت در نظر گرفته شود.
هر ایالت سیستم مربوط به ارزش دقیق تعریف شده از هر یک از خواص آن است.
اگر سیستم همگن در حالت اولیه دارای حجم V 1، فشار P 1، درجه حرارت T 1، انرژی داخلی U 1، هدایت الکتریکی خاص æ 1، و غیره، و در حالت محدود، این خواص برابر با V 2، P 2، T 2، U 2، æ 2، و غیره، تغییر در هر ملک هنگام تغییر سیستم از حالت اولیه به مرحله نهایی، صرف نظر از نحوه حرکت سیستم از یک کشور به دیگری خواهد بود: اول، دوم یا سوم (برنج 1.4).
شکل. 1.4 استقلال خواص سیستم از مسیر انتقال آن
از حالت معمول به دیگری
کسانی که. (U 2 - U 1) I \u003d (U 2 - U 1) II \u003d (U 2 - U 1) III (1.4)
ارقام I، II، III و غیره کجاست؟ مسیرهای روند را نشان می دهد. بنابراین، اگر سیستم از حالت اولیه (1) در فینال (2) به یک مسیر تغییر کند، و از مرحله نهایی در مسیر دیگر، I.E. فرایند دایره ای (چرخه) انجام می شود، تغییر در هر خواص سیستم صفر خواهد بود.
بنابراین، تغییر در عملکرد وضعیت سیستم بستگی به مسیر فرآیند ندارد و تنها به حالت های اولیه و پایان سیستم بستگی دارد. تغییر بی نهایت کوچک در خواص سیستم معمولا علامت دیفرانسیل دی است. به عنوان مثال، DU یک تغییر کوچک بی نهایت در انرژی داخلی و غیره است.
مطابق با اشکال مختلف حرکت ماده و انواع مختلف انرژی، اشکال مختلف تبادل انرژی (انتقال انرژی) - اشکال تعامل وجود دارد. ترمودینامیک دو نوع تبادل انرژی بین سیستم و محیط زیست را بررسی می کند. این کار و گرما است.
کار کنبیشترین شکل بصری تبادل انرژی یک کار مکانیکی است که مربوط به شکل مکانیکی حرکت ماده است. هنگامی که بدن تحت عمل قدرت مکانیکی قرار می گیرد، تولید می شود. مطابق با سایر اشکال جنبش ماده، انواع دیگر کار متمایز هستند: برق، شیمیایی و غیره این کار یک شکل انتقال یک جنبش مرتب شده، سازمان یافته است، از زمان انجام بدن، ذرات بدن حرکت می کنند در یک جهت. به عنوان مثال، انجام کار در هنگام گسترش گاز. مولکول های گاز در سیلندر زیر پیستون در حرکت هرج و مرج، ناسازگار هستند. هنگامی که گاز شروع به حرکت پیستون می کند، یعنی یک کار مکانیکی، یک جنبش سازمان یافته بر حرکت بی نظیر مولکول های گاز اعمال می شود: تمام مولکول ها در جهت حرکت پیستون جابجایی می کنند. کار الکتریکی نیز با حرکت سازمان یافته در جهت خاصی از ذرات شارژ ماده مرتبط است.
از آنجا که کار اندازه گیری انرژی منتقل شده است، مقدار آن در همان واحد به عنوان انرژی اندازه گیری می شود.
حرارت. شکل تبادل انرژی مربوط به حرکت هرج و مرج میکروپارچه هایی که سیستم را تشکیل می دهند، نامیده می شود تبادل حرارت، و مقدار انرژی منتقل شده تحت مبادله گرما نامیده می شود حرارت.
تبادل گرما با تغییر در موقعیت بدن بدن تشکیل سیستم ترمودینامیکی همراه نیست و شامل انتقال مستقیم انرژی توسط مولکول های یک بدن توسط مولکول های دیگر در طول تماس آنها است.
پ 
عروق عایق شده (سیستم) را به دو قسمت تقسیم کنید با پارتیشن گرما AV (شکل 1.5). فرض کنید که در هر دو قسمت از کشتی گاز است.
شکل. 1.5. به مفهوم گرما
در نیمه چپ رگ، دمای گاز T 1، و در سمت راست 2. اگر T 1\u003e T 2، سپس انرژی سینتیکی متوسط \u200b\u200b( 
) مولکول های گاز در سمت چپ عروق، انرژی جنبشی میانی بیشتر خواهد بود ( 
) در نیمه راست کشتی.
به عنوان یک نتیجه از برخورد های مداوم مولکول ها در مورد پارتیشن در نیمه چپ رگ، مولکول های پارتیشن انتقال می یابند. مولکول های گاز واقع در نیمه راست عروق، رو به پارتیشن، بخشی از انرژی را از مولکول های خود به دست می آورند.
به عنوان یک نتیجه از این درگیری ها، انرژی جنبشی مولکول ها در نیمه چپ رگ کاهش می یابد و در سمت راست افزایش می یابد؛ درجه حرارت T 1 و T 2 هماهنگ خواهد شد.
از آنجا که گرما یک انرژی اندازه گیری است، تعداد آن در همان واحد های انرژی اندازه گیری می شود. بنابراین، تبادل گرما و کار، اشکال تبادل انرژی است و مقدار گرما و میزان عملیات، اندازه گیری انرژی منتقل شده است. تفاوت بین آنها این است که گرما یک شکل انتقال حرکت میکرو فیزیک، اختلال اختلال ذرات (و بر این اساس، انرژی این جنبش) است و کار به شکل انتقال انرژی یک حرکت مرتب شده و سازماندهی شده است .
گاهی اوقات آنها می گویند: گرما (یا کار) از سیستم تامین یا حذف می شود، و باید درک شود که باید آن را تامین کند و گرما و کار داده شود، بنابراین انرژی لازم نیست که از این نوع استفاده شود عبارات به عنوان "تامین حرارت" یا "گرما حاوی" است.
به عنوان شکل تبادل انرژی (اشکال تعامل) سیستم با محیط زیست، گرما و کار نمی تواند با هر وضعیت خاص سیستم همراه باشد، آنها نمی توانند خواص آن باشند، و بنابراین، توابع وضعیت آن. این به این معنی است که اگر سیستم از حالت اولیه عبور کند (1) به مسیرهای مختلف (2) مختلف، گرما و کار، مقادیر مختلفی برای مسیرهای مختلف انتقال دارد (شکل 1.6)
مقدار نهایی گرما و کار توسط Q و A و مقادیر بی نهایت کوچک با توجه به ΔQ و ΔA نشان داده شده است. مقادیر ΔQ و ΔA، در مقایسه با DU، دیفرانسیل کامل نیستند، زیرا Q و A عملکرد های وضعیت نیستند.
هنگامی که فرآیند فرآیند پیش تعیین شده است، کار و گرما خواص توابع وضعیت سیستم را به دست می آورد، I.E. مقادیر عددی آنها تنها توسط حالت های اولیه و پایان سیستم تعیین می شود.
انرژی درونی ترمودینامیکی وضعیت سیستم سیستم، انرژی آن، تعیین شده توسط EXT. وضعیت. انرژی داخلی در OSN بسته شده است. از Kinetich. انرژی حرکت ذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها، الکترون ها) و انرژی درست است. بین آنها (داخل و بین مولکولی). تغییر در انرژی داخلی تحت تاثیر قرار می گیرد. وضعیت سیستم تحت عمل خارجی. زمینه های؛ انرژی داخلی، به طور خاص، انرژی مرتبط با قطبش دی الکتریک در خارج است. الکتریکی. میدان و مغناطیسی پارامغناطیس در خارج. مراتع رشته. kinetich سیستم انرژی به عنوان یک کل و انرژی بالقوه به دلیل فضاهای. محل سیستم، انرژی داخلی روشن نمی شود. در ترمودینامیک، تنها تغییر در انرژی داخلی تعیین می شود. فرآیندهای بنابراین، انرژی داخلی با دقت یک اصطلاح دائمی خاص مشخص می شود، بسته به انرژی اتخاذ شده برای صفر.انرژی داخلی U به عنوان یک دولت از دولت توسط اولین آغاز ترمودینامیک معرفی شده است، با توجه به OM، تفاوت بین گرما Q منتقل شده توسط سیستم، و کار W انجام شده توسط سیستم تنها بستگی دارد در حالت های اولیه و پایان سیستم و به مسیر انتقال بستگی ندارد، یعنی. نشان دهنده تغییر در حالت F-
جایی که U 1 و U 2 انرژی داخلی سیستم در حالت های اولیه و پایان است. URS (1) قانون حفاظت از انرژی را در استفاده از ترمودینامیک بیان می کند. فرآیندهای I.E. فرآیندهای، که در آن انتقال حرارت رخ می دهد. برای cyclick این روند بازگشت سیستم به حالت اولیه ،. در iSochorny Processes، I.E. فرآیندهای با حجم ثابت، سیستم به دلیل گسترش، کار را انجام نمی دهد، W \u003d 0 و گرما منتقل شده توسط سیستم برابر با افزایش انرژی داخلی است: Q v \u003d. برای adiabatich. فرآیندهای زمانی که Q \u003d 0، \u003d - W.
انرژی داخلی سیستم به عنوان تشکیل آنتروپی S، حجم V و تعداد مول ها من از این مولفه پتانسیل ترمودینامیکی است. این یک نتیجه از اصل اول و دوم ترمودینامیک است و از طریق رابطه بیان می شود:
"
جایی که T ABS است. T-RA، فشار P، -He. پتانسیل I-component. نشانه برابری مربوط به فرآیندهای تعادل، نشانه ای از نابرابری، به عدم تعادل است. برای یک سیستم با مقادیر پیش تعیین شده S، V، M I (سیستم بسته در یک پوسته آدیاباتیک سفت و سخت) انرژی داخلی در تعادل حداقل است. انرژی داخلی کاهش فرآیندهای برگشت پذیر در Constant V و S برابر با حداکثر است. کار مفید (حداکثر عملکرد واکنش را ببینید).
وابستگی انرژی داخلی سیستم تعادلی از T-RY و حجم U \u003d F (T، V) نامیده می شود. معادله کالری شرایط. مشتقات داخلی داخلی T-Re با حجم ثابت برابر با ظرفیت حرارتی ایزوروزی است:
انرژی داخلی گاز ایده آل از حجم بستگی ندارد و تنها توسط T-ray تعیین می شود.
به طور تجربی ارزش انرژی داخلی را تعیین می کند، از مقدار آن در ABS شمرده شده است. صفر t-ry تعریف انرژی داخلی نیاز به اطلاعات مربوط به ظرفیت گرما از V (T)، گرما انتقال فاز و وضعیت دولت دارد. تغییر انرژی داخلی زمانی که شیمی. R-α (به طور خاص، انرژی داخلی استاندارد سازند B-BA) بر اساس داده های مربوط به اثرات حرارتی P-QII و همچنین داده های طیفی تعیین می شود. نظری. محاسبه انرژی داخلی توسط روش های آماری انجام می شود. ترمودینامیک، K-Paradium انرژی داخلی را به عنوان میانگین انرژی سیستم در شرایط عایق مشخص شده تعیین می کند (به عنوان مثال، در یک T، V، M I). انرژی داخلی گاز ایده آل یک گاو از انرژی متوسط \u200b\u200bمورد توجه قرار گرفته است. حرکات مولکول ها و انرژی متوسط \u200b\u200bکشورهای الکترونیکی هیجان انگیز؛ برای دو و گازهای پلی اییدر، چرخش متوسط \u200b\u200bمولکول ها و نوسانات آنها در نزدیکی موقعیت تعادل نیز به این مقدار اضافه شده است. انرژی داخلی 1.
تمام بدنهای ماکروسکوپی اطراف ما در ترکیب آنها دارای ذرات هستند: اتم ها یا مولکول ها. در حال حرکت به طور مداوم، آنها به طور همزمان دارای دو نوع انرژی هستند: جنبشی و پتانسیل و انرژی بدن داخلی بدن:
U \u003d Σ e k + σ e p
این مفهوم همچنین شامل انرژی تعامل با یکدیگر از الکترونها، پروتون ها، نوترون ها می شود.
3 راه برای تغییر آن وجود دارد:
تمام گزینه ها را در جزئیات بیشتر در نظر بگیرید.
اگر کار توسط بدن خود انجام شود، انرژی داخلی آن کاهش می یابد، و هنگامی که کار در بالای بدن انجام می شود، انرژی داخلی آن افزایش می یابد.
ساده ترین نمونه های افزایش انرژی، موارد معدن با اصطکاک است:
فرایندهای حرارتی مرتبط با تغییرات دما نیز با تغییرات انرژی داخلی همراه است. اگر بدن را گرم کنید، انرژی آن افزایش می یابد.
نتیجه واکنش های شیمیایی تبدیل مواد است که از طریق ساختار و ترکیب متفاوت از یکدیگر متفاوت است. به عنوان مثال، در فرآیند احتراق سوخت پس از ترکیب هیدروژن با اکسیژن، اکسید کربن تشکیل شده است. با اتصال اسید هیدروکلریک با روی، هیدروژن برجسته شده است، و به عنوان یک نتیجه از سوزاندن هیدروژن، بخار آب جدا شده است.
انرژی داخلی بدن تغییر خواهد کرد و به دلیل انتقال الکترونها از یک پوسته الکترونیکی بر روی دیگری.
انرژی داخلی مشخصه ای از حالت حرارتی بدن است. بستگی دارد به:
این انرژی، به طور ایده آل، از انرژی جنبشی هر ذره تشکیل شده است که به صورت تصادفی و به طور مداوم حرکت می کند و انرژی بالقوه تعامل آنها در یک بدن خاص است. این به دلیل تغییر دما، که توسط آزمایش های جول تایید می شود، اتفاق می افتد.
برای محاسبه انرژی داخلی گاز تنها اسمی استفاده از معادله:
از کجا، بسته به تغییر دما، انرژی داخلی متفاوت خواهد بود (افزایش با افزایش درجه حرارت، و کاهش با کاهش آن). انرژی داخلی یک تابع تابع است.
.jpg)