Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

РОБОТА ГАЗУ

Зміна внутрішньої енергії газу (системи) може відбуватися при передачі енергії молекулам газу від будь-якого зовнішнього тіла при механічній взаємодії тіла і газу, тобто при дії сил між тілом і газом, які здійснюють кілька роботи А. Так, у разі стиснення газу, коли поршень в циліндрі стискає газ, швидкість молекул газу після удару об поршень стає більше, ніж безпосередньо перед ударом. Причиною цього є насувається на газ поршень, який передає частину своєї кінетичної енергії відскакує від поршня молекулам газу.

При подальшому хаотичному зіткненні молекул газу між собою середня швидкість хаотичного руху молекул і їх середня кінетична енергія зростають, що викликає підвищення температури газу. Щоб ефект був помітним, необхідно виключити теплової контакт циліндра з навколишнім середовищем. Теплоізоляційну оболонку циліндра, що виключає теплообмін, називають адіабатною. На практиці, щоб виключити теплообмін, стиснення газу має відбуватися досить швидко.

При розширенні газу, коли відбувається розширення газу, швидкість відскакують при ударі об поршень молекул зменшується, так як частину своєї кінетичної енергії молекули тепер передають віддаляється від них поршня. В результаті цього знижується середня кінетична енергія хаотичнорухомих молекул газу, а, отже, знижується і температура газу.

Підвищення температури газу при його стисненні означає зростання внутрішньої енергії газу U, а зниження температури при розширенні газу свідчить про зменшення внутрішньої енергії газу.

Відповідно до закону збереження енергії зменшення механічної енергії поршня при стисненні газу в точності так само збільшення внутрішньої енергії газу, а збільшення енергії поршня при розширенні газу відповідає зменшення внутрішньої енергії газу.

Маємо випадок переходу енергії з однієї її форми, званої механічної енергією, в іншу її форму - внутрішню енергію. При розширенні газу, навпаки, має місце перехід внутрішньої енергії в механічну.

Кількісною мірою переходу енергії з однієї її форми в іншу є робота сил, з якими взаємодіють два тіла: газ і поршень. Так, при стисненні газу в циліндрі з адіабатичній оболонкою робота А ' зовнішньої сили, тобто діючої на газ (систему) з боку поршня, буде дорівнює убутку механічної енергії поршня і, відповідно, дорівнює приросту д (/ внутрішньої енергії газу:

де - & W - спад механічної енергії поршня.

Це рівність випливає з закону збереження і перетворення енергії.

Можна навести й інші приклади переходу механічної енергії у внутрішню в процесі здійснення роботи, тобто в процесі спрямованої дії сили на деякому шляху. Так при розпилюванні дерева відбувається нагрівання пилки, помітне на дотик; під час свердління цегляної кладки або металевої деталі свердло стає гарячим.

Не слід думати, що процес роботи, тобто дію сили на деякому шляху, пов'язаний з переходом механічної енергії тільки у внутрішню. У механіці було показано, що дія сили тяжіння при падінні тіла, тобто в процесі роботи сили тяжіння призводить до переходу механічної енергії з одного її виду (потенційна енергія) в інший її вид (кінетична енергія).

Можливий перехід механічної енергії в електричну, магнітну енергію та ін.

В процесі роботи сили, що діє з боку розширюється в циліндрі газу на поршень, відбувається перехід внутрішньої енергії газу в механічну енергію поршня.

При виконанні роботи є, по крайней мере, два тіла, що створюють при своїй взаємодії рівні по модулю, протилежно спрямовані сили, одна з яких призводить до переміщення. При цьому одне тіло віддає запас своєї енергії, друге його отримує як енергію цього ж або зовсім іншого вигляду, але в рівній кількості. В процесі роботи, як і в процесі теплообміну, відбувається передача енергії від одного тіла до іншого. Таким чином, процес виконання роботи є формою передачі енергії.

На відміну від роботи теплообмін є такою формою передачі енергії, яка характерна для обміну тільки внутрішньої енергії.

Наприклад, хліб з печі виймають гарячим

У зв'язку з обговорюваним питанням про сенс терміна «робота» доречно навести висловлювання великого радянського вченого в галузі термодинаміки К.А. Путилова: «Процес роботи і« теплообмін »(краще сказати« теплопро- процес ») є двома єдино можливими, з точки зору термодинаміки, формами передачі енергії, а кількість роботи і кількість тепла є заходами енергії, переданої в зазначених формах».

Таким чином, термін «робота» має двоякий сенс: як процес робота означає передачу енергії при спрямованій дії сили на певному шляху; як фізична величина робота є мірою зміни енергії.

 
<<   ЗМІСТ   >>