Для описания этих изменений вводят функцию состояния - внутреннюю энергию U и две функции перехода - теплоту Q и работу A. Математическая формулировка первого закона:
dU = Q - A (дифференциальная форма) (2.1)
U = Q - A (интегральная форма) (2.2)
Буква в уравнении (2.1) отражает тот факт, что Q и A - функции перехода и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом.
В уравнениях (2.1) и (2.2) знаки теплоты и работы выбраны следующим образом. Теплота считается положительной, если она передается системе. Напротив, работа считается положительной, если она совершается системой над окружающей средой.
Существуют разные виды работы: механическая, электрическая, магнитная, поверхностная и др. Бесконечно малую работу любого вида можно представить как произведение обобщенной силы на приращение обобщенной координаты, например:
Aмех = p. dV; Aэл = . dе; Aпов = . dW (2.3)
( - электрический потенциал, e - заряд, - поверхностное натяжение, W - площадь поверхности). С учетом (2.3), дифференциальное выражение первого закона можно представить в виде:
dU = Q - p. dV Aнемех (2.4)
В дальнейшем изложении немеханическими видами работы мы будем, по умолчанию, пренебрегать.
Механическую работу, производимую при расширении против внешнего давления pex, рассчитывают по формуле:
A = (2.5)
Если процесс расширения обратим, то внешнее давление отличается от давления системы (например, газа) на бесконечно малую величину: pex = pin - dp и в формулу (2.5) можно подставлять давление самой системы, которое определяется по уравнению состояния.
Проще всего рассчитывать работу, совершаемую идеальным газом, для которого известно уравнение состояния p = nRT / V (табл. 1).
Таблица 1. Работа идеального газа в некоторых процессах расширения V1 V2:
Процесс
A
Расширение в вакуум
0
Расширение против постоянного внешнего давления p
p (V2-V1)
Изотермическое обратимое расширение
nRT ln(V2/V1)
Адиабатическое обратимое расширение
nCV(T1-T2)
При обратимом процессе совершаемая работа максимальна.
Теплота может переходить в систему при нагревании. Для расчета теплоты используют понятие теплоемкости, которая определяется следующим образом:
C = (2.6)
Если нагревание происходит при постоянном объеме или давлении, то теплоемкость обозначают соответствующим нижним индексом:
CV = ; Cp = . (2.7)
Из определения (2.6) следует, что конечную теплоту, полученную системой при нагревании, можно рассчитать как интеграл:
Q = (2.8)
Теплоемкость - экспериментально измеряемая экстенсивная величина. В термодинамических таблицах приведены значения теплоемкости при 298 К и коэффициенты, описывающие ее зависимость от температуры. Для некоторых веществ теплоемкость можно также оценить теоретически методами статистической термодинамики (гл. 12). Так, при комнатной температуре для одноатомных идеальных газов мольная теплоемкость CV = 3/2 R, для двухатомных газов CV = 5/2 R.
Теплоемкость определяется через теплоту, переданную системе, однако ее можно связать и с изменением внутренней энергии. Так, при постоянном объеме механическая работа не совершается и теплота равна изменению внутренней энергии: QV = dU, поэтому
CV = . (2.9)
При постоянном давлении теплота равна изменению другой функции состояния, которую называют энтальпией:
Qp = dU + pdV = d (U+pV) = dH, (2.10)
где H = U+pV - энтальпия системы. Из (2.10) следует, что теплоемкость Cp определяет зависимость энтальпии от температуры.
Cp = . (2.11)
Из соотношения между внутренней энергией и энтальпией следует, что для моля идеального газа
Cp - CV = R. (2.12)
Внутреннюю энергию можно рассматривать, как функцию температуры и объема:
(2.13)
Для идеального газа экспериментально обнаружено, что внутренняя энергия не зависит от объема, , откуда можно получить калорическое уравнение состояния:
dU = CV dT,
(2.14)
В изотермических процессах с участием идеального газа внутренняя энергия не изменяется, и работа расширения происходит только за счет поглощаемой теплоты.
Возможен и совсем иной процесс. Если в течение процесса отсутствует теплообмен с окружающей средой ( Q = 0), то такой процесс называют адиабатическим. В адиабатическом процессе работа может совершаться только за счет убыли внутренней энергии. Работа обратимого адиабатического расширения идеального газа:
A = - U = nCV (T1-T2) (2.15)
(n - число молей, CV - мольная теплоемкость). Эту работу можно также выразить через начальные и конечные давление и объем:
A = (2.16)
где = Cp / CV.
При обратимом адиабатическом расширении идеального газа давление и объем связаны соотношением (уравнением адиабаты):
pV = const. (2.17)
В уравнении (2.17) важны два момента: во-первых, это уравнение процесса, а не уравнение состояния; во-вторых, оно справедливо только для обратимого адиабатического процесса. Это же уравнение можно записать в эквивалентном виде:
TV -1 = const, (2.18)
T p1- = const. (2.19)
Объяснение:
как смогла
Нужны,но это приведет к негативным последствиям
Объяснение:
Одним из действенных инструментов предотвращения потепления климата на Земле названо широкомасштабное внедрение электромобиля, особенно в условиях мегаполиса. Однако масштабный переход на использование электромобилей будет росту электропотребления. Кроме того, для снабжения энергией электромобилей необходимо создание соответствующей зарядной инфраструктуры. Все это, в свою очередь, потребует ввода дополнительных энергетических мощностей и изменения характера графика электрической нагрузки.Электромобили уже скоро отнимут у обычных машин основную часть рынка и это грозит мировой экономике.В 2018 году в мире было продано 1,4 миллиона электромобилей (без гибридов) — более полутора процента авторынка. Интересно, что лидером электросектора — четверть миллиона машин — оказался производитель из верхнего ценового сегмента, у которого самая дешевая машина стоит 35 тысяч долларов. Многие наблюдатели считают, что уже к началу 2030-х годов электромобилей будет продаваться больше, чем обычных машин.
В чем же плюсы ?
1.Такая машина в разы мочнее.
Обычный автомобиль имеет двигатель внутреннего сгорания больших размеров и многоступенчатую трансмиссию, позволяющую ему эффективнее передавать энергию на ведущую ось. В электромоторе не идет сгорание, то есть он меньше греется при работе. Поэтому его можно раскручивать до более высоких оборотов. То есть при равных с ДВС габаритах он будет в разы мощнее. Электрический мотор хорошо «тянет» во всем диапазоне оборотов, так что ему достаточно и компактной одноступенчатой трансмиссии.Вес аккумуляторов (полтонны для «дальнобойного» электромобиля) тоже, как ни странно, не является большой проблемой. При рекуперативном торможении электромотор работает как генератор, отдавая ток обратно в батарею. Значит, лишние энергозатраты на разгон дополнительной полутонны веса почти полностью компенсируются при таком торможении.плюс электрического автомобиля — мощность моторов. У ДВС-авто больший мотор, как правило, поднимает расход энергии на километр. У электромобиля с очень мощным двигателем рекуперативное торможение будет возвращать больше энергии, чем у такой же машины с мотором послабее. То есть электроавто «от природы» тяготеют к большей мощности, чем ДВС-мобили.
2.Больше места.
Ему не нужно выделять место под капотом, отчего при той же общей длине машины электромобиль всегда будет выходить обычного. Да, аккумулятор электроавто много больше бензобака. Зато батарею можно сделать такой плоской, что она поместится в плоскость днища машины, практически не забирая места у салона.
3.Демонстрация своего финансового и социального статуса.
Специфика автомобильного рынка в том, что он продает человеку не только средство передвижения, но и средство демонстраци исвоего финансового, социального и иного статуса. В этом смысле выбор Tesla «сделать электромобиль быстрее равных по цене и размеру конкурентов» полностью сработал. Мощные, но все равно небольшие электромоторы лишь незначительно подняли цену машины, зато довели ее динамику туда, куда не могут попасть ДВС-мобили той же стоимости.
