December 10 2016 05:00:42
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Механический эквивалент теплоты
ОСНОВЫ  ТЕРМОДИНАМИКИ

Если процесс передачи теплоты идет при неизменном давлении, то мы имеем дело с теплоемкостью при постоянном давлении  СР

то есть  Ср отличается от Сv  на величину

В этом уравнении внутренняя энергия системы U рассматривается как функция  объема V  и температуры  Т, а объем – как функция температуры Т при постоянном давлении.

Тот факт, что внутреннюю энергию газа можно представить как функцию двух параметров, а не трех ( Т, Р, V ), обусловлен существованием между этими параметрами связи (1.1), именуемой уравнением состояния, что позволяет исключить любой из трех термодинамических параметров. Таким образом, все функции состояния термодинамической системы могут быть представлены как функции параметров, число которых на единицу меньше их полного числа, так как один из параметров всегда выражается через другие в силу существования уравнения состояния.

Этот параграф мы завершим записью первого начала термодинамики в часто используемой форме уравнения, выражающего общефизический закон сохранения энергии для газообразного состояния тел  (без учета электромагнитных влияний)      

                Q = CvdT + РdV                          (2.7)

    Это уравнение широко используется в термодинамике при изучении особенностей теплового поведения тел, когда привлекается для этого модель идеального газа или газа Ван-дер-Ваальса (о чем подробнее будет сказано ниже в главе 8).

2.3.         Механический эквивалент теплоты

В прежние времена, когда природа теплоты еще не была понята, теплоту измеряли в особых единицах – калориях, за которую принималось количество теплоты, необходимой для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия.

В статье “Замечания о силах неживой природы”, появившейся в мае 1842 года в журнале “Анналы химии и фармакологии”, врач Юлиус Роберт Майер (1814-1878) приводит вычисление механического эквивалента теплоты (что для нас означает перевод джоулей в калории, хотя во времена Майера были другие единицы измерения работы). Хотя Майер получил заниженное численное значение коэффициента перевода, поскольку в его распоряжении не оказалось правильных экспериментальных данных, однако ход его рассуждений был принципиально верным. Поэтому, следуя идее Майера и опираясь на более точное знание разности удельных (в расчете на единицу массы) теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме (Ср - Сv), проделаем следующий мысленный эксперимент: При нагревании на один градус Кельвина одного кубического метра воздуха при постоянном давлении в нормальных условиях (Р = 105 Па и Т = 273 К) согласно закону Гей-Люссака его объем увеличится на 1/273 часть, то есть V = 1/273 м3. Плотность воздуха при нормальных условиях    кг/м3. Разность удельных теплоемкостей (Ср - Сv) = 68 калорий/кг·К согласно современным данным.

Уже во времена Майера было понятно, что превышение теплоемкости при постоянном давлении над теплоемкостью при постоянном объеме  связано с работой газа по увеличению объема в условиях противодействия внешнего давления расширению газа. Следовательно, должно выполняться соотношение

                            V(Ср - Сv)∙Т = Р∙V,

так как избыточное потребление теплоты (по сравнению с изохорным процессом) идет на совершение работы.

В нашем случае это равенство дает численное соотношение 

            1,29∙1∙68∙1 (калории) = 105∙1/273 (Дж),

из которого сразу следует, что 1калория = 4,19Дж, или 1Дж = 0,24 калории, что и представляет собой механический эквивалент теплоты и термический эквивалент работы.

    Итак,  когда  затрачивается  теплота  и совершается работа (и, соответственно, когда затрачивается работа и обнаруживается теплота), то эти величины друг другу пропорциональны. Именно  в  этом состоит принцип эквивалентности теплоты и работы.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,204,177 уникальных посетителей