Основные формулы термодинамики и молекулярной физики

Формулы и уровнения из раздела физики: Идеальный газ

Идеальный газ - это идеализация, как и вещественная (материальная) точка. Материальными точками принято считать молекулами идеального газа, а столкновение этих молекул считаются абсолютно упругими. Но также стоит пренебречь взаимодействием этих молекул на расстоянии. Реальные газы часто принимаются за идеальные. Почему так происходит? Например, в задачах по термодинамике не нужно работать с множеством новых членов в уравнениях, что и делает проще для вычисления.

Молекул идеального газа движутся, но с какой скоростью? Не считая скорости, нас также интересует давление, объём, температура или,  проще говоря, общее состояние Газа.

Для вычисления состояния идеального газа нам поможет уравнение Клапейрона-Менделеева.

В данном уравнении m – масса газа, М – молекулярная масса газа, которую можно найти в таблице Менделеева, R – универсальная газовая постоянная, равная ~8,3144598 Дж/(моль*кг).

Универсальная газвая постоянная выражается через другие константы , такие как постоянная Больцмана и число Авогадро.

Массу вычисляем через умножение плотности газа и объёма.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ)

Как мы знаем, молекулы газа движутся, и чем выше температура тем быстрее они движутся. Между давлением газа и его частиц средней кинетической энергией есть определённая связь, которую называют основным управлением молекулярно-кинетической теории.

В данном уравнении n - это концентрация молекул, а Е - средняя кинетическая энергия. Существуют формулы, при помощи которых мы можем найти среднюю квадратичную скорость:

В ходе упрощения получаем один из видов основного уравнения молекулярно-кинетической теории (МКТ):

Первоначальная термодинамики. Изопроцессы и их формулы

Если вспомнить первый закон термодинамики то есть него мы можем получить формулу. Первый закон термодинамики говорит нам: Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе, то есть:

Как мы знаем, с газом мы можем делать какие-либо действия. Предоставлена в случае Назовите процессы которые проходят при одном неизменном параметре. Именно эти параметры нас интересуют, чтобы подробно рассмотреть первое начало термодинамики каждом из них.

Изотермический процесс проходит при неизменной температуре и проходит по закону Бойля-Мариотта: в изотермическом процессе давление газа обратно пропорционально его объёму:

Изохорный процесс проходит при постоянном объёме. Для него использовать закон Шарля: при постоянном объёме давление прямо пропорционально температуре. При этом всё тепло, которая подводится газу идёт на перемену его внутренней энергии.

Изобарный процесс проходит при неизменном давлении. При постоянном давлении газа его объём прямо пропорционально температуре: об этом нам говорит закон Гей-Люссака. При изобарном процессе тепло движется как и на перемены внутренней энергии, так и на совершение газом работы.

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с находящейся вокруг  средой и его формула представлена данным образом:

Формулы из раздела физики: Теплоёмкость

Удельная теплоемкость равна определенному числу теплоты которая нужна для нагревания килограмм вещества на градус по Цельсию.

Молярная теплоёмкость - это число теплоты нужное для нагревания 1 моля вещества на градус. Молярная теплоёмкость при постоянном объёме также присутствует помимо удельному, к тому же при постоянном давлении.

Тепловые машины. Формула коэффициента полезного действия в термодинамике.

Тепловая машина - это устройство, которое использует тепловую энергию для совершения механической работы. В составе такой машины находятся нагреватель, холодильник и рабочее тело. Все действия в данном устройстве происходят по цепочке: Нагреватель оповещает тепло рабочему телу, она совершает работу, вслед за тем охлаждается холодильником. Данные действия происходят вновь и вновь. В пример такой машины можно провести двигатель внутреннего сгорания.

Коэффициент полезного действия (КПД) можно узнать по данной формуле: