Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
662Pierwszazasadatermodynamiki
objętośćłV
energiawewnętrznałU
temperatUrałT
Rys.2D.2ZmianaU,oznaczanajakodU,następujewtedy,
gdyzmieniająsięViT.Jeżelizaniedbasięskładnikidrugiego
rzędu,całkowitazmianaUjestsumąjejzmianspowodowanych
niezależnymizmianamikażdejzezmiennych
wstałejobjętości,C
V,pojawiłasięwpodrozdziale2A.
Drugiwspółczynnik,(OUlOV)
T
,oznaczanyjako
π
Τ
,odgrywa
wtermodynamiceistotnąrolę,ponieważjestmiarązmiany
energiiwewnętrznejsubstancjiwskutekzmianyjejobjęto-
ściwstałejtemperaturze(rys.2D.3).Ponieważ
π
Τ
maten
samwymiarcociśnienie,leczwynikazoddziaływańpo-
międzycząsteczkamiukładu,nazywanejestciśnieniem
wewnętrznym:
ciśnieniewewnętrzne
[defnicja]
(2D.4)
StosującoznaczeniaC
Vi
π
T,równ.(2D.3)możnanapisać
wpostaci
dU=
π
TdV+C
VdT
(2D.5)
Wpodrozdziale3Ezostaniewykazane,żewyrażenie
π
Τ=0(oznaczające,żeenergiawewnętrznajestniezależna
odobjętościzajmowanejprzezukład)możebyćuważane
objętośćłV
energiawewnętrznałU
temperatUrałT
Rys.2D.3Ciśnieniewewnętrzne,
π
Τ,jestnachyleniem
wykresuzależnościUodVwstałejtemperaturzeT
energiawewnętrznałU
gazdoskonały
przewaga
odpychaniał
przewaga
przyciąganiał
objętośćłV
π
π
T<0
T>0
Rys.2D.4Wprzypadkugazudoskonałegoenergiawewnętrzna
niezależyodjegoobjętości(wstałejtemperaturze).Wgazach
rzeczywistych,jeżelimiędzycząsteczkamiprzeważają
oddziaływaniaprzyciągające,energiawewnętrznarośnie
zobjętością,ponieważrośnieśredniaodległośćpomiędzy
cząsteczkami.Jeżeliprzeważaodpychanie,energia
wewnętrznamalejepodczasrozprężaniagazu
zadefinicjęgazudoskonałego,ponieważzniegowynika
równaniestanugazudoskonałegopV∼T.Zrozważańna
poziomiemolekularnymwynika,żejeślicząsteczkinieod-
działująmiędzysobą,energiawewnętrznaniezależyodod-
ległościpomiędzynimi.Jestwięcniezależnaodobjętości
układu,cooznacza,że
π
Τ
=0.Jeżelizachowaniegazumożna
opisaćrównaniemvanderWaalsa,wktóryma,parametr
reprezentującyoddziaływaniaprzyciągające,jestdominują-
cy,towzrostobjętości,powodującywzrostśredniejodległo-
ścipomiędzycząsteczkami,zwiększaenergięwewnętrzną.
Wtakimprzypadkumożnaoczekiwać,że
π
Τ
>0(rys.2D.4).
Toprzypuszczeniezostałopotwierdzonewpodrozdziale3E,
wktórymwykazano,że
π
T=nalV2.
JamesJouleuważał,żemożnawyznaczyć
π
Τ,mierząc
zmianętemperaturygazupodczasjegorozprężaniado
próżni.Wtymceluużyłdwóchmetalowychzbiorników
zanurzonychwłaźniwodnej(rys.2D.5).Jedenznichbył
wypełnionypowietrzempodciśnieniemokoło22atm,
awdrugimbyłapróżnia.Następniepróbowałzmierzyć
zmianętemperaturywodywłaźnipootworzeniuzaworu
irozprężeniusiępowietrzadopróżni.Niezaobserwował
wtedyżadnejzmianytemperatury.
gazpodwysokim
ciśnieniem
próżnia
Rys.2D.5SchematurządzeniazastosowanegoprzezJoule’a
dozmierzeniazmianyenergiiwewnętrznejgazupodczas
izotermicznegorozprężania.Jeśligazpochłonąłbyciepło,
nastąpiłabyproporcjonalnazmianatemperaturyłaźniwodnej
