Оптоэлектронные системы

Пересечение оптики и электроники от теории до практики

Квазистатические процессы. Первое начало термодинамики. Количество теплоты и работа. Внутренняя энергия. Энтальпия.

ЭниальпияКвазистатические или квазиравновесные процессы – идеализированные процессы, состоящие из непрерывно следующих друг за другом состояний равновесия. Бесконечно медленный процесс, состоящий из последовательности равновесных состояний – равновесный процесс. Квазистатические процессы в термодинамике: изохорный процесс – процесс, происходящий при постоянном объеме clip_image002; изобарный – процесс, происходящий при постоянном давлении clip_image004; изометрический – процесс, происходящий при постоянной температуре clip_image006.

Термодинамическую систему можно заключить в оболочку, отделяющую ее от других тел. Изменять состояние системы в оболочке можно путем механического перемещения частей оболочки или изменением внешних параметров. Эти действия сопровождаются производством механической работы. Такая работа внешних сил называется макроскопической работой clip_image008, которую производят над системой. Работа, производимая самой системой обозначается через clip_image010. Оболочка, окружающая систему, называется адиабатической. Это значит, что состояние системы в такой оболочку остается неизменным при любых изменениях температуры окружающих тел, если только значения внешних параметров остаются постоянными. Система в такой оболочке – адиабатически изолированная система.

 Если система тел адиабатически изолирована, то работа внешних сил над этой системой зависит только от ее начального и конечного состояний, но совсем не зависит от способа или пути, каким осуществляется переход системы из начального состояния в конечное. Этот постулат выражает содержание первого начала термодинамики.

Внутренняя энергия системы clip_image012 – функция состояния, приращение которой во всяком процессе, совершаемой адиабатически изолированной системой, равно работе внешних сил над системой при переходе ее из начального равновесного состояния в конечное, также равновесное состояние

 clip_image014.

Еще одно определение внутренней энергии, с учетом разности энергий системы в двух различных равновесных состояниях. Внутренняя энергия системы в каком-либо (равновесном) состоянии – работа, совершаемая внешними силами, для перевода системы из нулевого состояния в рассматриваемое, любым возможным адиабатическим путем или наоборот – из рассматриваемого в нулевое. Для квазистатических процессов clip_image016, тогда можно записать:

 clip_image018.

Т.е. работа системы при адиабатических процессах совершается за счет убыли внутренней энергии.

clip_image020Процесс обмена внутренними энергиями соприкасающихся тел, не сопровождающийся производством макроскопической работы, называется теплообменом. Энергия, переданная телу окружающей средой в результате теплообмена, называется количеством теплоты, или просто теплотой, полученной телом в таком процессе. Теплообмен – изменение внутренней энергии тела, обусловленное работой производимой молекулярными силами – микроскопической работой.

Рассмотрим систему clip_image022, находящуюся в тепловом контакте с системой clip_image024в тепловом контакте. Вся система clip_image026 заключена в адиабатическую оболочку (граница clip_image028 теплопроводящая). Граница clip_image028[1] жесткая (неподвижная) и система clip_image024[1] производить не может.  Система clip_image022[1] производить работу может (приподнимать поршень) см. рисунок. Пусть система clip_image026[1] перешла из состояния clip_image030 в состояние clip_image032, при этом была совершена работа clip_image034 над внешними телами. Эту работу совершила система clip_image030[1]. Т.к. составная система clip_image026[2] адиабатически изолирована, то

 clip_image036,

где clip_image012[1] – внутренняя энергия системы clip_image022[2], а clip_image039 – системы clip_image024[2]. Преобразуем:

clip_image041.

 

Убыль внутренней энергии системы clip_image024[3] количество теплоты полученное системой clip_image022[3], т.е.

 clip_image043.


Далее можно получить соотношение, называемое математической формулировкой начала термодинамики:


 clip_image045.  


Теплота clip_image047 полученная системой, идет на приращение ее внутренней энергии clip_image049 и на производства внешней работы

 

.

Если объем постоянен clip_image051, то работа равна нулю clip_image053, т.е.


 clip_image055.


Если давление постоянно clip_image057, то clip_image059, тогда количество теплоты:


 clip_image061.


Введем величину clip_image063 – она является функцией состояния. Получим:


 clip_image065,


при clip_image057[1]. Функция clip_image022[4] энтальпия или тепловая функция или теплосодержание – функция состояния, приращение которой при изобарическом процессе дает теплоту, полученную системой.

 

 

 

Добавить комментарий

Оптоэлектронные системы © 2015