Законы термодинамики 1 2 3 кратко для чайников презентация

Обновлено: 08.07.2024

Презентация на тему: " Основные понятия и законы термодинамики Термодинамика - один из важнейших разделов физики и физической химии, предметом изучения которого являются: а)" — Транскрипт:

1 Основные понятия и законы термодинамики Термодинамика - один из важнейших разделов физики и физической химии, предметом изучения которого являются: а) основные соотношения, позволяющие рассчитать количество выделенного или поглощенного тепла в физических и химических превращениях и совершаемую при этом работу; б) выявление возможного самопроизвольного течения процессов в определенном направлении, их равновесие.

2 Термодинамика исследует также переходы энергии из одной формы в другую. Термодинамика построена на двух основных законах, называемых первым и вторым началами, и на постулате Планка, который часто рассматривают как третий закон термодинамики. Общая характеристика термодинамического метода сводится к следующему. Термодинамика базируется на небольшом числе крупных логических обобщений научной и практической деятельности людей. Ни один из ныне известных фактов не противоречит этим обобщениям. На их основе, используя богатый физико-математический аппарат, выводят ряд отдельных законов и физико-химических соотношений, пригодных для решения более частных и многочисленных физико-химических задач. Таким образом, термодинамика покоится на методе дедуктивного мышления (от общего - к частному).

3 Термодинамика в классической форме дает ответ лишь о направлении протекания процессов, условиях равновесия системы, ничего не сообщая о скорости процесса, времени достижения равновесия. Термодинамика приложима только к системе с достаточно большим числом атомов или молекул, для которой действительны статистические законы. Однако ее нельзя применять к Вселенной, ибо термодинамика создана на основании обобщения опытных данных для закрытых систем и только для них безоговорочно справедлива. Возникновение термодинамики как самостоятельной дисциплины относится к середине прошлого века, хотя некоторые ее закономерности (закон Гесса, принцип Карно) были установлены значительно раньше. Развитие различных прикладных направлений термодинамики постепенно привело, к их превращению в самостоятельные разделы, из которых можно выделить общую, техническую и химическую термодинамику. В курсе технолого-экологических основ природопользования в большей степени, чем остальное, востребуется обычно знание химической термодинамики.

6 Изолированные системы - это системы, имеющие постоянный объем, через границы которых не происходит обмена веществом или анергией с окружающей средой. В противном случае мы имеем дело с неизолированной системой. Закрытые системы не обмениваются веществом с другими системами. Их взаимодействие с ними ограничивается только передачей теплоты и работы. Предметом термодинамического изучения являются только закрытые системы.

7 Состояние системы определяется ее свойствами (термодинамическими параметрами). Свойства системы зависят только от ее начального и конечного состояния и не зависят от пути перехода из одного состояния в другое. Различают интенсивные и экстенсивные свойства. Экстенсивные свойства пропорциональны количеству вещества. К их числу относятся масса и объем системы. Если к веществу массой 1 кг или объемом 1 л добавить еще такую же массу и объем, то масса и объем объединенной системы составят 2 кг и 2 л. Другими словами, экстенсивные свойства системы являются аддитивными, т.е. суммирующимися. Интенсивные свойства не зависят от количества вещества, не аддитивны. К ним относятся температура, давление, плотность. Наиболее важными и часто используемыми свойствами системы являются давление, объем, температура и состав.

8 Переход системы из одного состояния в другое называют процессом. Если при его проведении изменяется состав, то такой процесс именуют химической реакцией. К весьма важным в термодинамике относятся понятия теплоты и работы. Они не являются функциями состояния и проявляются только при проведении процесса, служат формами передачи энергии (общей меры всех видов движения) от системы к окружающей среде и обратно. Не будучи функцией состояния, работа и теплота зависят от пути проведения процесса. В соответствии с современными термодинамическими представлениями работа есть упорядоченная форма передачи энергии, а теплота является неупорядоченной формой ее передачи. Одним из наиболее фундаментальных термодинамических понятий является внутренняя энергия U. Она относится к параметрам состояния и в физическом смысле характеризует общий запас энергии системы, включая энергию: поступательного и вращательного движения молекул; внутримолекулярного колебательного движения атомов и атомных групп, составляющих молекулы; вращения электронов в атоме; ядер атомов и т.д., но без учета кинетической энергии тела в целом и его потенциальной энергии положения.

9 Изменение внутренней энергии является термодинамическим параметром системы. Величина ΔU принимается положительной, если в рассматриваемом процессе она возрастает. Первый закон термодинамики устанавливает связь между количеством получаемой или выделяемой теплоты, количеством произведенной или полученной работы и изменением внутренней энергии системы при проведении термодинамического процесса. Во всех случаях в закрытой термодинамической системе отношение поглощенного тепла Q к совершенной работе А есть величина постоянная. Q/A= const Это отношение не зависит от свойств системы и пути ее перехода из одного со стояния в другое, т.е. является термодинамическим параметром, и составляет 427 кгм/ккал. При измерении Q и А в одинаковых единицах Q/A =1, в том числе и в круговом процессе.

10 Одна из наиболее ярких формулировок первого закона термодинамики: вечный двигатель первого рода невозможен. Имеются и другие, равноценные, формулировки первого закона. Одна из них - формулировка закона сохранения энергии: если в каком-либо процессе энергия одного вида исчезает, то вместо нее в строго эквивалентном количестве появляется энергия другого вида. Математическое выражение первого закона термодинамики может быть дано в различных формах. Наиболее общая: ΔU = Q – A Для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями, уравнение принимает вид dU = δQ - δA где dU - полный дифференциал внутренней энергии системы; δQ и δА - бесконечно малые количества теплоты и работы.

11 Второй закон термодинамики показывает, в каком направлении в заданных условиях (температура, давление, концентрация и т.д.) может протекать самопроизвольно, т.е. без затраты работы извне, тот или иной процесс. Во- вторых, закон определяет предел возможного самопроизвольного течения процессов, т.е. его равновесное в данных условиях состояние. Для изолированных систем критерием, определяющим самопроизвольное течение процесса, служит термодинамический параметр, получивший название энтропии S. В этих системах при протекании необратимых процессов энтропия возрастает и достигает максимальных значений при равновесии процесса: S2 – S1 > 0

12 В неизолированных системах о направлении процесса судят по изменению термодинамических потенциалов, также являющихся функциями состояния. Второй закон термодинамики указывает направление возможного процесса, но ничего не сообщает о его скорости.

13 Основной смысл третьего закона сводится к утверждению, что при абсолютном нуле температуры энтропия правильно образованного кристалла любого соединения в чистом состоянии равна нулю. При любом другом состоянии вещества его энтропия больше нуля.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ ztd.ppt

Описание презентации по отдельным слайдам:

Вопросы для повторения: Что такое внутренняя энергия? Назовите способы изменения внутренней энергии. Как определить работу газа? Как определить количество теплоты? Объясните физический смысл удельных величин.

Зависимость внутренней энергии от параметров газа

Способы изменения внутренней энергии

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики Количество теплоты, переданное системе идет на совершение системой работы и изменение её внутренней энергии

Применение I закона термодинамики к изопроцессам Изотермический процесс (T = const): DU =0

Применение I закона термодинамики к изопроцессам Изобарный процесс: A = pDV = vRDT (p = const):

Применение I закона термодинамики к изопроцессам Изохорный процесс: (V = const): A = 0

Применение I закона термодинамики к изопроцессам Адиабатный процесс: процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. Q=0 Температура меняется только за счет совершения работы

Адиабатный процесс Адиабатными можно считать все быстропротекающие процессы и процессы, происходящие в теплоизолированной среде. Адиабата круче любой пересекающей её изотермы

Термодинамика циклического процесса. Для произвольного циклического процесса 1–2–3–4–1 работа газа, совершенная им за цикл, численно равна площади фигуры, ограниченной диаграммой цикла в координатах p – V

Необратимость процессов в природе. Необратимые – процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении. В обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.

Необратимость процессов в природе. Что произойдет с колебаниями маятников с течением времени?

Необратимость процессов в природе.

Необратимость процессов в природе. Все процессы в природе НЕОБРАТИМЫ!

II закон термодинамики. Формулировка Клаузиуса (1850): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходило бы от тел менее нагретых к телам более нагретым. Формулировка Томсона (1851): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии. Формулировка Клаузиуса (1865): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна. Формулировка Больцмана (1877): замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное. Невозможен самопроизвольный выход системы из положения равновесия. Больцман ввел количественную меру беспорядка в системе, состоящей из многих тел – энтропию.

Необратимость процессов в природе связана со стремлением систем к переходу в наиболее вероятное состояние, которому отвечает максимальный беспорядок.

Работа в термодинамике Работа газа: Работа внешних сил:

Работа газа в изопроцессах При изохорном процессе ( V=const) : Δ V = 0 работа газом не совершается: P V Изохорное нагревание

При изобарном процессе (Р= const) : P V V 1 V 2 P Изобарное расширение 1 2

Изобарный процесс ( ) V 1 V 2 p 0 p V 2 1 Работа в термодинамике численно равна площади фигуры под графиком процесса в координатах р( V)

При изотермическом процессе (Т= const) : P V Изотермическое расширение Р 2 1 2 V 1 V 2

Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче Процесс Формула Нагревание или охлаждение С – удельная теплоёмкость вещества [ Дж/кг 0 К ], m – масса [ кг ], Δ T – изменение температуры [ 0 K]. Кипение или конденсация r – удельная теплота парообразования [ Дж/кг ] Плавление или кристаллизация λ - удельная теплота плавления вещества [ Дж/кг ] Сгорание топлива q – удельная теплота сгорания топлива [ Дж/кг ]

Если в изолированной системе происходит теплообмен между несколькими телами, то - уравнение теплового баланса

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то А = - А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда: другая форма записи первого закона термодинамики

Применение первого закона термодинамики к различным процессам Процесс Постоянный параметр Первый закон термодинамики Изохорный V = const A '=0, Δ U = Q Изотермический Т = const Δ U =0, Q = A ' Изобарный p = const Q = Δ U + A' Адиабатный – процесс, проходящий без теплообмена с окружающей средой Q = const Q =0, Δ U = -A'

Второй закон термодинамики

Формулировка закона: Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах

КПД тепловых двигателей

Тепловые двигатели – это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую работу

Тепловые двигатели Машины, преобразующие внутреннюю энергию в механическую работу, называют тепловыми двигателями

Принцип действия тепловых двигателей Т 1 – температура нагревателя Т 2 – температура холодильника Q 1 – количество теплоты, полученное от нагревателя Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику

А Q х Рабочее тело (Газ) Нагреватель Т н Холодильник Т х Q н КПД тепловых машин

Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.

Аннотация к презентации

Презентация для 10 класса на тему "Законы термодинамики" по физике. Состоит из 10 слайдов. Размер файла 0.13 Мб. Каталог презентаций в формате powerpoint. Можно бесплатно скачать материал к себе на компьютер или смотреть его онлайн с анимацией.

Содержание

Законы термодинамики

МОУ Гимназии №26 Выполнил: Селивнов М., Турсунова И., Кожухова В. учащиеся 10-В класса Руководитель: Пылкова Любовь Васильевна, учитель физики 2007\ 2008 учебный год

Слайд 2

НУЛЕВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 3

Первое закон термодинамики

Первый закон термодинамика – это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления. Он показывает, от каких причин зависит изменение внутренней энергии. Этот великий закон прост: U = A+Q Часто вместо работы А внешних тел над системой рассматривают работу А` системы над внешними телами. Учитываю, что А`= -А, первый закон термодинамики в в форме U = A+Qможно переписать так: Q=U+A` Суть первого закона в утверждении: изменение так определенной энергии не зависит от процесса и определяется только начальным и конечным состояниями системы. Это означает, что внутренняя энергия – однозначная функция состояние системы и в замкнутой системе сохраняется.

Слайд 4

Невозможность создания вечного двигателя

Задолго до открытия закона сохранения энергии Французская Академия наук приняла в 1775г. Решение не рассматривать проектов вечных двигателей первого рода. Под вечным двигателем первого рода понимают устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты топлива или каких-либо других материалов. Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций: 1) Подъем воды с помощью архимедова винта; 2) Подъем воды с помощью капилляров; 3) Использование колеса с неуравновешивающимися грузами; 4) Природные магниты; 5) Электромагнетизм; 6) Пар или сжатый воздух.

Слайд 5

Применение I закона к изопроцессам

1) T=const – изотермический T=0 Q=A’ U=0 2) P=const – изобарный Q= U+A 3) V=const - изохорный V=0 A=0 U=Q 4)Q=const–адиабатный U=A =-A` Процессы в природе имеют определенную направленность, никак не отраженную в первом законе термодинамики. Все процессы в природе протекают только в одном определенном направлении. В обратном направлении самопроизвольно они протекать не могут. Все процессы в природе необратимы, и самые трагические из них – старение исмерть организмов.

Слайд 6

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Он был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов. Немецкий ученный Р. Клаузиус сформулировал этот закон так: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Другая формулировка принадлежит английскому ученому У. Кельвину: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника. Согласно 2 началу все процессы природы идут в оду сторону, к увеличению беспорядка, уменьшению энергии, а при “полном беспорядке” – напишет Клаузиус – наступит всеобщая смерть – всякое движение прекратится. Это грустный прогноз вызвал бурю возражений.

Слайд 7

И Людвиг Больцман выдвинул спасительную теорию, что Вселенную необходимо рассматривать в целом, поскольку процессы, происходящие в различных удаленных ее частях текут независимо друг от друга, а иногда и в разных направлениях. В одной части может происходить угасание, а в другой – всплеск, выделение энергии. Строгий анализ показывает, что II закон выполняется для замкнутых и равновесных систем. Вселенную нельзя рассматривать как равновесную систему, бурные процессы на близких и далеких звездах свидетельствуют о том, что до равновесного состояние им еще очень далеко, и третье начало постулирует, что никогда, ни при каких условиях не может быть достигнут абсолютный нуль температур, хотя близкое приближение к нему допустимо.

Слайд 8

Слайд 9

Третий закон термодинамики

Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства - величины , характеризующих способность различных веществ химически реагировать друг с другом. Эта величина определяется работой A химических сил при реакции . Первое и второе начало термодинамики позволяют вычислить химическое средство W только с точностью до некоторой неопределенной функции . Чтобы определить эту функцию нужны в дополнении к обоим началам термодинамики новые опытные данные о свойствах тел .

Слайд 10

Поэтому Нернстоном были предприняты широкие экспериментальные исследования поведение веществ при низкой температуре. В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики : по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе (Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину , которую можно принять равной нулю.

№ слайда 1

Законы термодинамики Первый закон термодинамики является, в сущности, законом сохранения энергии, распространенным на все макроскопические тела. Любая макроскопическая система характеризуется в состоянии равновесия набором макроскопических параметров, таких, например, как давление, температура, намагниченность и т.д. Задание этих параметров определяет в термодинамике состояние или макроскопическое состояние системы. Вопрос о том, какими именно параметрами должно описываться состояние каждой конкретной макроскопической системы, выходит за рамки термодинамики

№ слайда 2

Первый закон термодинамики постулирует существование внутренней энергии – некоторой функции состояния[1] , такой, что если к системе подводится тепло и над ней производится работа , то изменение внутренней энергии есть сумма подведенного тепла и совершенной работы: Первый закон термодинамики постулирует существование внутренней энергии – некоторой функции состояния[1] , такой, что если к системе подводится тепло и над ней производится работа , то изменение внутренней энергии есть сумма подведенного тепла и совершенной работы: . (2.21) При этом ни работа, ни количество теплоты сами по себе не являются функциями состояния, они определяются процессом, происходящим с системой. С точки зрения молекулярно-кинетических представлений, внутренняя энергия это механическая энергия, связанная с движением и взаимодействием атомов; равенство (2.21) можно рассматривать как обобщение (2.11) на все макроскопические системы.

№ слайда 4

№ слайда 5

№ слайда 6

Эту особенность тепловых процессов можно сформулировать в виде второго закона термодинамики: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому. Такая формулировка второго закона термодинамики называется формулировкой Клаузиуса. Эту особенность тепловых процессов можно сформулировать в виде второго закона термодинамики: невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому. Такая формулировка второго закона термодинамики называется формулировкой Клаузиуса.

№ слайда 7

Можно предложить другую, эквивалентную формулировку второго закона, если заметить, что всегда существует возможность преобразовать в тепло любое количество механической работы, например, с помощью трения. Если бы были возможны процессы, единственным результатом которых был бы переход тепла в работу, то можно было бы использовать эту работу для нагревания более горячего тела. Значит, невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых было бы преобразование некоторого количества теплоты, полученного от тела в механическую работу. Эта формулировка называется формулировкой Кельвина. Можно предложить другую, эквивалентную формулировку второго закона, если заметить, что всегда существует возможность преобразовать в тепло любое количество механической работы, например, с помощью трения. Если бы были возможны процессы, единственным результатом которых был бы переход тепла в работу, то можно было бы использовать эту работу для нагревания более горячего тела. Значит, невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых было бы преобразование некоторого количества теплоты, полученного от тела в механическую работу. Эта формулировка называется формулировкой Кельвина.

№ слайда 8

Дальнейшие выводы из второго закона термодинамики удобнее всего получить с помощью метода, предложенного С. Карно, работы которого фактически и положили начало теоретической термодинамике. Карно рассматривал тепловые машины – устройства, которые преобразуют тепловую энергию в механическую работу Дальнейшие выводы из второго закона термодинамики удобнее всего получить с помощью метода, предложенного С. Карно, работы которого фактически и положили начало теоретической термодинамике. Карно рассматривал тепловые машины – устройства, которые преобразуют тепловую энергию в механическую работу

№ слайда 9

Схематически работу любой тепловой машины можно представить так. Тепловая машина обязательно имеет в своем составе рабочее тело или рабочее вещество – макроскопическое тело, которое и совершает механическую работу (рис.17). Рабочее тело совершает в ходе работы машины цикл или циклический процесс – процесс, при котором конечное состояние совпадает с начальным. Схематически работу любой тепловой машины можно представить так. Тепловая машина обязательно имеет в своем составе рабочее тело или рабочее вещество – макроскопическое тело, которое и совершает механическую работу (рис.17). Рабочее тело совершает в ходе работы машины цикл или циклический процесс – процесс, при котором конечное состояние совпадает с начальным.

№ слайда 10

Поскольку внутренняя энергия рабочего тела после совершения им цикла не изменяется, работа в цикле может совершаться только за счет того, что рабочему телу передается некоторое количество теплоты от нагревателя – тела, имеющего постоянную температуру . Согласно второму закону термодинамики, невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование теплоты целиком в работу. Поэтому, некоторое количество теплоты должно передаваться при циклическом процессе холодильнику – телу, находящемуся при температуре , меньшей, чем Поскольку внутренняя энергия рабочего тела после совершения им цикла не изменяется, работа в цикле может совершаться только за счет того, что рабочему телу передается некоторое количество теплоты от нагревателя – тела, имеющего постоянную температуру . Согласно второму закону термодинамики, невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование теплоты целиком в работу. Поэтому, некоторое количество теплоты должно передаваться при циклическом процессе холодильнику – телу, находящемуся при температуре , меньшей, чем

Читайте также: