Ельцина Л. Г. Малышев, А. А. Повзнер Избранные главы курса физики Равновесная термодинамика Рекомендовано методическим советом УрФУ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся на физических и инженерно-физических направлениях подготовки Екатеринбург Издательство Уральского университета 2014 УДК 536(075.8) ББК 22.317я73 М20 Рецензенты: кафедра общей физики РГППУ (д-р физ.-мат. наук, проф. <...> Она должна содержать количество частиц, сопоставимое с числом Авогадро Na = 6,02·1023 моль–1, которое определяет число молекул в одном моле вещества. <...> Это беспорядочное движение (оно называется тепловым) приводит к тому, что точный вид законов движения для каждой частицы теряет всякое значение, и свойства состояния макросистемы не зависят от деталей движения отдельных частиц, а определяются поведением всего их коллектива. <...> Классический пример – два тела, холодное и горячее, приведенные в тепловой контакт и изолированные от других тел. <...> Таким образом, равновесный процесс представляет собой непрерывную последовательность равновесных состояний. <...> Это означает, кстати, что равновесные процессы – это процессы медленные (строго говоря – бесконечно медленные). <...> Важнейшим свойством равновесных процессов является их обратимость. <...> В дальнейшем мы будем рассматривать только равновесные процессы, простейшими из которых являются изопроцессы, т. е. процессы, в ходе которых количество вещества, а также один из параметров состояния системы (p, V или Т), остаются неизменными. <...> 6 Изотермический процесс (Т = const) описывается законом Бойля – Мариотта: давление газа обратно пропорционально его объему pV = const или p~1/V . <...> Изохорический процесс (V = const) описывается законом Шарля: давление газа прямо пропорционально его температуре p/T = const или p~T . <...> Изобарический процесс (p = const) описывается законом Гей-Люссака: объем газа прямо пропорционален его температуре V/T = const или V~T . <...> Оно носит название уравнения Менделеева – Клапейрона и имеет вид pVRT , где <...>
Избранные_главы_курса_физики._Равновесная_термодинамика.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Л. Г. Малышев, А. А. Повзнер
Избранные главы курса физики
Равновесная термодинамика
Рекомендовано методическим советом УрФУ
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся
на физических и инженерно-физических направлениях подготовки
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2014
Стр.2
УДК 536(075.8)
ББК 22.317я73
М20
Рецензенты:
кафедра общей физики РГППУ (д-р физ.-мат. наук, проф. А. Д. Ивлиев);
д-р физ.-мат. наук, проф. О. А. Чикова (УрГПУ)
Научный редактор – д-р физ.-мат. наук, проф. А. В. Мелких
М20
Малышев, Л. Г.
Избранные главы курса физики. Равновесная термодинамика : учебное
пособие / Л. Г. Малышев, А. А. Повзнер. – Екатеринбург : Изд-во
Урал. ун-та, 2014. – 107, [1] с.
ISBN 978-5-7996-1205-4
В учебном пособии изложены теоретические основы равновесной термодинамики,
рассмотрены основные физические законы и соотношения, относящиеся к данному
разделу физики.
Изложение материала сопровождается подробным анализом и решением большого
числа задач и примеров.
Табл. 2. Рис. 43.
УДК 536(075.8)
ББК 22.317я73
Печатается при поддержке Физико-технологического института УрФУ.
ISBN 978-5-7996-1205-4
Уральский федеральный университет, 2014
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4
Глава 1. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА .................................................................................. 6
Глава 2. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ................................. 11
Глава 3. РАБОТА ГАЗА............................................................................................ 16
Глава 4. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ ............................................... 19
Глава 5. АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС. УРАВНЕНИЕ ПУАССОНА .......... 26
Глава 6. ТЕПЛОЕМКОСТЬ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА. ПОЛИТРОПИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ................................................................................................ 30
Глава 7. ЭНТРОПИЯ ................................................................................................. 43
Глава 8. НЕОБРАТИМОСТЬ ПРОЦЕССОВ СО СТАТИСТИЧЕСКОЙ
ТОЧКИ ЗРЕНИЯ. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ВЕС СОСТОЯНИЯ .............. 54
Глава 9. ЭНТРОПИЯ СОСТОЯНИЯ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ ВЕС ................... 57
Глава 10. ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ ............................................. 59
Глава 11. СЛЕДСТВИЕ КЛАУЗИУСА ................................................................... 61
Глава 12. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ......... 62
Глава 13. ЦИКЛ КАРНО. ТЕОРЕМЫ КАРНО ...................................................... 69
Глава 14. МЕТОД ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ ...................... 74
Глава 15. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ. УРАВНЕНИЕ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА .................. 78
Глава 16. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИЗОТЕРМЫ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ .......... 82
Глава 17. СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИЗОТЕРМ РЕАЛЬНОГО ГАЗА .............................................................. 85
Глава 18. ПАРАМЕТРЫ КРИТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА ......... 86
Глава 19. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ РЕАЛЬНОГО ГАЗА ................................... 88
Глава 20. ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ – ТОМСОНА ......................................................... 91
Глава 21. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ. УРАВНЕНИЕ КЛАПЕЙРОНА –
КЛАУЗИУСА. РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТИ
И НАСЫЩЕННОГО ПАРА .................................................................... 94
105
Стр.105
Глава 22. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВТОРОГО РОДА .......................................... 99
Глава 23. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ .............................................................. 100
Глава 24. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ. СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТИ ......................... 101
Глава 25. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ..................................................... 103
106
Стр.106