Основное, на что стоит обратить внимание, – это так называемое первое начало термодинамики. Базовый принцип, на котором держится большинство видимых процессов макромира. Он гласит: если какая-то система получает определённое количество теплоты, то часть её расходуется на повышение внутренней энергии, а другая – на совершение определённой работы. Именно запись этого закона лежит в основе анализа и решения многих задач.
Также в термодинамике, в отличие от прежних разделов, рассматриваются физические системы в разных состояниях. Этих состояний (процессов) три, и все они определяются газовыми законами, на каждый из которых существует своя собственная формула расчёта.
Запомните названия этих процессов и условия их существования – адиабатический (постоянное давление в системе), изотермический (постоянная температура в системе) и изохорный (постоянный объём системы).
Помимо формул в термодинамике есть так называемое графическое описание состояния газов. Это зависимости параметров (температура-давление, давление-объём, температура-объём), выраженные в двух координатных осях. Часто по графикам требуется определить, какой перед нами процесс, или вообще найти работу, исходя из первого начала. Поэтому советую обратить особое внимание на тему, тем более что для каждого процесса существуют свои графики, которые очень легко запомнить (условно их обозначают как PV, VT, PT). Все они представляют собой либо ветвь гиперболы, либо отрезок прямой. Кстати, чем «круче» прямая, тем сильнее меняются параметры.
По графику легко найти и работу газа. Если он расширяется, то объём растёт, что отражается на чертеже. Поэтому работу можно вычислить как площадь фигуры, ограниченной графиком и его перпендикулярами на ось V. Советую освежить знания по векторам и уяснить, как их проецировать на оси.
Но не только графики могут поджидать вас в условиях задачи. Иногда требуется узнать, какое количество теплоты было потрачено, чтобы нагреть или охладить тело, а какое выделилось при сгорании. В каждом из рассмотренных случаев применяются различные соотношения, базирующиеся на табличных величинах. Стоит вспомнить, что такое удельная теплоёмкость, удельная теплота сгорания, плавления, кристаллизации и парообразования. Естественно, как только вы увидели описание определённого процесса (например, замерзание воды до состояния льда), то подумайте, какая именно формула нужна для более точного описания.
Бывают и такие ситуации, когда сначала рассчитывается теплота сгорания, а потом необходимо найти, насколько изменилась температура тела, которое получило тепло. В этом случае придётся рассматривать описание двух последовательных процессов и обращаться к удельной теплоте сгорания и теплопроводности нагреваемого тела.
Заканчивается изучение термодинамики, как правило, уравнением внутренней энергии – там применяется молярная масса, хорошо знакомая из курса химии, а также постоянная R. Не думаю, что у вас возникнут вопросы по применению формулы, разве что надо запомнить значение R и не ошибиться при подстановке.
В общем случае, если вы уже достаточно знаете теорию и не путаете изохорный процесс с изобарным, а кристаллизацию с испарением, то вот традиционные советы, как подойти к решению задачи.
1. Прочитав условие, внимательно посмотрите, какие величины надо перевести в СИ. Как правило, на этом этапе может возникнуть путаница в единицах объёма. Запомните, что в одном кубическом метре не сто кубических сантиметров, а один миллион. А литр – это кубический дециметр, то есть одна тысячная того же кубического метра.
2. Определите, какой процесс перед вами. Для этого надо выяснить, какие параметры (давление, объём, температура) меняются, а какие – нет. Что происходит с системой? Только ли она остывает, или жидкость превращается в лёд? От правильного моделирования условий зависит и правильное решение.
3. Посмотрите, совершает ли газ или жидкость работу. Если система расширяется – то определённо выполняет работу. Значит, необходима запись первого начала термодинамики.
4. Запишите табличные величины, когда дело дойдёт до описания теплоёмкости или теплоты плавления в формулах, и только потом приступайте к вычислениям.
5. Всю температуру переведите в градусы Кельвина. Не забывайте, что для этого достаточно к имеющимся данным в Цельсиях прибавить 273. Так, если на улице плюс 20, то по Кельвину это уже 293. Не стоит слишком тепло одеваться :-)
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.