Составители:
Рубрика:
3
Внутренняя энергия состоит из:
• суммарной кинетической энергии хаотического движения молекул;
• потенциальной энергии взаимодействия всех молекул системы;
• внутренней энергии частиц, составляющих систему: молекул, атомов,
ядер.
Внутренняя энергия является функцией состояния системы, т.е. не
зависит от предыстории системы. При изменении состояния приращение
внутренней энергии не зависит от вида процесса, а определяется только
конечным и начальным состояниями системы.
Отметим, что количество тепла Q, передаваемое системе, и работа А,
ею совершаемая, существенным образом зависят от процесса, т.е. являются
функциями процесса, а не функциями состояния макросистемы.
Работа, совершаемая системой при изменении ее объема, может быть
вычислена по формуле:
∫
∫∫
∫
=
==
=
2
1
12
pdVA (1)
Первое начало термодинамики обычно формулируется
следующим образом: количество теплоты, сообщенное системе, идет на
приращение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над
внешними телами.
Q =
∆
U + А (2)
или в дифференциальной форме:
δ
Q = dU +
δ
А (2
*
)
Внутренняя энергия идеального газа определяется средней энергией
молекул газа <
ε
> и их числом N =
ν
N
A
, где
ν
− число молей, N
A
− число
Авогадро (N
A
= 6.02
⋅
10
23
моль
-1
): U = N
⋅
<
ε
>
Средняя энергия молекулы зависит только от температуры газа и числа
степеней свободы, которое равно числу независимых координат,
определяющих положение молекулы в пространстве. Одноатомная молекула
имеет только три степени свободы, соответствующие поступательному
движению: i=i
пост
=3. С вращательным движением связаны вращательные
степени свободы, число которых i
вр
равно двум для линейной молекулы
(двухатомной) и трем для многоатомной (нелинейной) молекулы. Для
молекул с упругой связью между атомами необходимо ввести колебательные
степени свободы: для N-атомной молекулы i
кол
= 3N − (i
пост
+ i
вр
).
Согласно теореме о равнораспределении энергии по степеням
свободы, средняя кинетическая энергия, приходящаяся в условиях теплового
равновесия на одну степень свободы любой атомно-молекулярной системы,
равна ½
kT (к=1.38
⋅
10
-23
Дж/К − постоянная Больцмана).
