Найважливіший газ

Фізичні властивості повітря

Густина повітря та її залежність від температури

Представлено таблицю значень густини повітря в сухому стані при різних температурах і нормальному атмосферному тиску.

Чому дорівнює густина повітря?

Аналітично визначити густину повітря можна, якщо розділити його масу на об’єм, який він займає при заданих умовах (тиск, температура і вологість). Також можна обчислити його густину за формулою рівняння стану ідеального газу – рівнянням Клапейрона.  Для цього необхідно знати тиск і температуру повітря, а також універсальну газову постійну і його молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити густину повітря в сухому стані.

На практиці, щоб дізнатися яка густина повітря при різних температурах, зручно скористатися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень густин атмосферного повітря в залежності від його температури. Густина повітря в таблиці виражена в кілограмах на кубічний метр і дана в інтервалі температур від -50°С до +1200 °С при нормальному атмосферному тиску (101 325 Па).

Каченя, що п’є воду

  Каченя, що п’є воду та друге начало термодинаміки

Як це працює?

При випаровуванні води з вологої голови каченяти температура її понижується. Це зумовлює зменшення тиску водяної пари в голові каченяти: рідина піднімається по трубочці, центр ваги системи переміщується вище осі обертання, і каченя нахиляється, торкаючись дзьобом поверхні води в поставленому перед ним блюдечці. Таким чином, дзьоб і голова знову змочуються. Однак при нахилі каченяти нижній кінець трубочки в кульці виходить з рідини, завдяки чому пара в кульці й голові сполучається, тиск пари в них вирівнюється. Рідина від голови стікає вниз, і каченя знову піднімає голову. Потім весь процес повторюється. 

Перше начало термодинаміки

Перше начало термодинаміки  в таблиці

Характеристики термодинамічних процесів в газах

Назва термодинамічного процесу

	Ізохоричний  процес	Ізобаричний процес	Ізотермічний процес	Адіабатичний процес
Умова протікання процесу	V = const	P = const	T = const	ΔQ = 0
Зв'язок між параметрами стану	p/T = const	V/T = const	pV = const	pVγ = const    pTγ/(1-γ) = const    VT1/(1-γ) = const
Робота в даному термодинамічному процесі	ΔA = 0    A = 0	ΔA = pΔV    A = p(V2 – V1)	ΔA = νRT∙ln(V2/V1)	ΔA = -ΔU     A = cv∙(T1 – T2)  A = νRT1/(γ-1)∙[1-(V1/V2)γ-1
Кількість теплоти, отримана в ході процесу	ΔQ = cv∙ΔT  ΔQ = cv(T2 – T1)	ΔQ = cp∙ΔT  ΔQ = cp(T2 – T1)	ΔQ = ΔA	ΔQ = 0
Зміна  внутрішньої енергії	ΔU = ΔQ	ΔU= cv∙ΔT	ΔU= 0	ΔU = - ΔA = =cv∙ΔT
Теплоємність	Cv = νR/(γ-1)	Cp = νγR/(γ-1)	CT = ∞	Cад = 0

Друге начало термодинаміки

Друге начало термодинаміки  та теплова смерть Всесвіт

Відомий англійський письменник Чарльз Сноу вважав, що критерієм інтелігентності сучасної людини з гуманітарною освітою служить ступінь обізнаності з другим законом термодинаміки.

Другий закон термодинаміки, як і перший, є узагальненням  багатовікового досвіду людей. Існує близько тринадцяти рівноцінних формулювань даного закону.

1.Неможливим є коловий процес, єдиним наслідком якого було б перетворення кількості теплоти, одержаної від нагрівника, в еквівалентну їй  роботу (Томсон-Кельвін).

2.Неможливим є коловий процес, єдиним результатом якого було б передавання енергії у формі теплоти від холодного тіла до гарячого (Клаузіус).

3. Вічний двигун другого роду неможливий (Освальд).

Перше начало термодинаміки

Перше начало термодинаміки

Термодинаміка – це розділ фізики, в якому з найбільш загальних позицій (без розгляду молекулярних уявлень про будову речовини) розглядаються процеси обміну енергії між об’єктом, який вивчається та оточуючим його середовищем.

У природі існує закон збереження і перетворення енергії.

У всіх процесах, які проходять в природі, енергія не зникає безслідно і не створюється з нічого, а переходить  від одного тіла до іншого і перетворюється з одного виду в інший в еквівалентних кількостях.

Усі форми енергії: кінетична, потенціальна, внутрішня, електромагнітна, хімічна, внутрішньоатомна тощо здатні перетворюватися одна в одну. І саме можливість взаємного перетворення усіх форм енергії зумовлює багатство і різноманітність явищ природи.

Температура

Температура

Повторюємо поняття

• Довільна система тіл самовільно переходить до стану теплової (термодинамічної) рівноваги. У цьому стані параметри зберігаються довільно довго. Ізольована система тіл не може сама собою вийти із стану рівноваги.  ( 0-ве начало термодинаміки)

У всіх частин ізольованої системи, що перебуває у тепловій рівновазі, температура є однаковою.

• Температура характеризує: 

- ступінь нагрітості тіл; 

- напрям теплообміну між тілами; 

- середню швидкість руху молекул.

«Демон Максвелла»

Начала термодинаміки чи хто такий «демон Максвелла»?

 

        Одним із розділів молекулярної фізики є «Термодинаміка». Як ми вивчали у восьмому класі, в основі цього розділу лежать закони-начала. Їх будемо вивчати детально в 10-му класі, проте пригадаємо деякі з них.

Нульове начало термодинаміки.

Будь-яка система прямує до стану теплової рівноваги. Система самовільно з цього стану вийти не може.

Перше начало термодинаміки (одне з 5-ти формулювань).

Кількість теплоти, яка надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи та на виконання системою роботи проти зовнішніх сил.

ΔQ = ΔU + ΔA

        Перше начало є, за своєю сутністю, законом збереження енергії, застосованим до теплових процесів. Одним із наслідків цього закону є неможливість створення вічного двигуна першого роду.

        Відомий вчений, Рудольф Клаузіус, вивчаючи теплові процеси, показав, що тепло безпосередньо може переходити лише від гарячих тіл до холодних. Це твердження носить назву другого начала термодинаміки. В зворотньому напрямку – від гарячих до холодних – тепло не переходить, хоча закони цього не забороняють.

        Багато вчених намагалися і намагаються знайти, змоделювати такі процеси, котрі дозволятимуть перетворювати повністю тепло в рух, іншими словами дозволятимуть теплу переходити від менш нагрітих тіл до більш нагрітих.

        Розв’язок цього завдання дасть нам необмежену кількість енергії, не дозволяючи при цьому забруднювати середовище і, найголовніше, унеможливити теплову загибель Всесвіту.

Мал.1 "Демон" пропускає швидкі молекули в праву посудину, а повільні - в ліву.

        Розв’язвти цю задачу намагався в XIXст видатний англійський вчений Джеймс Максвелл. Саме він ввів в науку містичну істоту названу «демоном Максвелла», котра володіє унікальними можливостями слідкувати за окремою молекулою. Посадивши цю істоту в посудині з перегородкою біля дверей «демон» пропускатиме швидкі молекули в одну частину посудини, а повільні – в другу (мал.1). Тоді в одній частині посудини і температура, і тиск будуть вищими, ніж у другій, тобто ми без виконання роботи отримали певний запас енергії.

        «Демон Максвелла», придуманий більше 100 років тому, і по-сьогодні,  захоплює людей, хоча багато вчених переконливо доказували, що демон – це лише жарт, видумка видатного вченого, котрий немає реального підгрунтя. Ймовірність того, що молекули розподіляться (мал.2) дорівнює ймовірності того, що під час зіткнення «Таврії» та «Славути» утвориться цілком новий «Мерседес».

Мал.2 "Демон" закінчив виконувати свою функцію.

        Одним із наслідків другого начала термодинаміки є неможливість створення вічного двигуна другого роду.