раздел физики, изучающий обмен и превращение энергии в макроскопических системах, особенно в виде тепла и работы
Формула внутренней энергии идеального одноатомного газа: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — зависит от количества вещества, температуры, давления и объёма
Внутренняя энергия — это кинетическая энергия всех частиц внутри системы. Формулы применимы к идеальному одноатомному газу. Для более общего случая используется U = (i/2)·n·R·T, где i — число степеней свободы.
Формула изменения внутренней энергии: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT для одноатомного газа или ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT для любого идеального газа с i степенями свободы
Формула даёт изменение внутренней энергии при нагревании или охлаждении. В первом выражении — для одноатомного газа, во втором — универсальная форма. ΔT — изменение температуры; i — число степеней свободы вещества.
Формула работы газа при изменении объёма: A = p·ΔV — произведение давления на изменение объёма
Работа положительна, если система расширяется (ΔV > 0). Это выражение справедливо при постоянном давлении.
Первый закон термодинамики: Q = ΔU + A — количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы
Полученное системой тепло Q идёт на изменение внутренней энергии ΔU
и на совершение работы A против внешних сил.
Если Q > 0 — теплота поступает в систему; Q < 0 — система теряет тепло.
A > 0 — система расширяется и совершает работу; A < 0 — система сжимается.
Формула количества теплоты: Q = c·m·ΔT или Q = C·n·ΔT — зависит от массы или количества вещества, теплоёмкости и изменения температуры
Формулы используются для расчёта теплоты при нагревании вещества: c — удельная теплоёмкость, m — масса, C — молярная теплоёмкость, n — количество вещества. ΔT — разность температур (конечная минус начальная).
Формула КПД тепловой машины: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — показывает, какая часть полученной теплоты превращается в полезную работу
КПД — это доля полученной теплоты, превращённой в полезную работу. Q₁ — количество теплоты, полученной от нагревателя; Q₂ — отданное холодильнику. Чем меньше Q₂, тем выше эффективность машины.
Формула КПД цикла Карно: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — максимальный теоретический КПД тепловой машины, работающей между двумя температурами
Цикл Карно — идеальный круговой процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических стадий. Его КПД зависит только от температур нагревателя (T₁) и холодильника (T₂), и не зависит от природы рабочего тела. Формула показывает максимальный теоретический КПД, достижимый при заданных температурах.
Формула количества теплоты при плавлении или отвердевании: Q = λ·m — произведение удельной теплоты плавления на массу вещества
λ — удельная теплота плавления (или кристаллизации); m — масса вещества. Формула даёт количество теплоты, необходимое для перехода между твёрдым и жидким состоянием при постоянной температуре.
Формула количества теплоты при парообразовании или конденсации: Q = r·m — произведение удельной теплоты парообразования (или конденсации) на массу вещества
r — удельная теплота парообразования (или конденсации); m — масса вещества. Теплота не идёт на нагрев, а используется для изменения агрегатного состояния — с жидкого на газ или наоборот.