Термодинамические процессы. Внутренняя энергия и ее свойства

Термодинамический процесс – непрерывная последовательность равновесных состояний.

Процесс, протекающий так медленно, что в системе в каждый момент времени успевает установиться практически равновесное (т.е. очень близкое к равновесию) состояние, представляет собой квазистатический или квазиравновесный процесс.

Время возвращения системы в состояние равновесия – время релаксации.

Если состояние системы в каждый момент времени не является состоянием равновесия, то такой процесс называется неравновесным.

Особенности каждого из процессов изменения состояния тела определяются теми конкретными условиями, в которых протекает данный процесс.

Простейшими примерами являются: изотермический, характеризующийся постоянством температуры тела во время процесса (T=const); изобарический, протекающий в условиях постоянного давления на тело (p=const); (T=const); изохорический, при котором объем тела (или, точнее, пространства, в котором заключено тело) остается в течении всего процесса неизменным (V=const); адиабатический, когда тело помещено в теплоизолирующую оболочку, не допускающую теплообмена между телом и окружающей средой.

Среди различных термодинамических процессов особый интерес представляют так называемые замкнутые или круговые, при которых система, пройдя через ряд последовательных состояний, возвращается к исходному (начальному) состоянию. Круговой процесс так же называют циклом.

Обратимый процесс – если возможен переход из одного состояния в другое

состояние и обратно без появления в самой системе или окружающей среде каких-

либо остаточных явлений. Процессы, не удовлетворяющие этому условию,

называются необратимыми.

Внутренняя энергия – это вся энергия заключенная в теле или системе тел. Эту

энергию можно представить в виде суммы отдельных видов энергий: кинетической энергии молекул, включающей энергию поступательного и вращательного движения молекул, а также колебательного движения атомов в самой молекуле; энергии электронов; внутриядерной энергии; энергии взаимодействия между ядром молекулы и электронами; потенциальной энергии или энергии положения молекул в каком либо внешнем поле сил; энергии электромагнитного излучения.

Полную внутреннюю энергию тела принято обозначать U (Дж), а удельную

внутреннюю энергию u (Дж/кг). Внутренняя энергия равна: , где - внутренняя кинетическая энергия молекул, - внутренняя потенциальная энергия молекул, а - постоянная интегрирования.

В технической термодинамике рассматриваются только такие процессы, в которых изменяются кинетическая и потенциальная составляющие внутренней энергии. Изменение внутренней энергии идеального газа для любого процесса при бесконечно малом изменении состояния (для 1 кг): .

В теплотехнических расчётах обычно требуется знать изменение внутренней

энергии ∆u, а не её абсолютное значение; поэтому начало отсчёта (0 К или 0⁰ С)

для конечного результата (∆u) не имеет значения. , где -

средняя массовая теплоёмкость при постоянном объёме в пределах .

Таким образом, изменение внутренней энергии идеального газа для любого

процесса равно произведению средней теплоёмкости при постоянном объёме на

разность температур газа.