Уровни внутренней энергии

Уровни внутренней энергии [c.69]

При отсутствии конкретных спектроскопических данных о молекулярных энергетических уровнях внутренняя энергия может быть вычислена с достаточной степенью приближения из поступательных энергетических уровней частицы в ящике (или потенциальной яме), вращательных энергетических уровней жесткого ротатора и колебательных уровней гармонического осциллятора. Так как поступательные энергетические уровни вычисляются [c.115]

При торможении воздуха, движущегося с очень большими скоростями, в потоке развиваются высокие температуры. При этом нагрев газа влечет за собой изменение его термодинамических параметров, а также различные физико-химические превращения. Например, в случае нагрева воздуха, находящегося при нормальном атмосферном давлении, до температуры 1500 К начинается заметное возбуждение колебательных уровней внутренней энергии молекул кислорода и азота воздуха при нагреве до температуры 3000 К эти уровни для кислорода оказываются полностью возбужденными и дальнейшее нагревание приводит к его диссоциации, завершающейся при температуре 6000 К (т. е. молекулы кислорода почти полностью диссоциированы). Кроме того, при такой температуре происходит диссоциация большей части молекул азота. С дальнейшим повышением температуры начинает развиваться процесс возбуждения электронных степеней свободы, а затем происходит отрыв электронов от атомов азота и кислорода. Это явление называется ионизацией. Процесс ионизации интенсифицируется по мере увеличения температуры и сопровождается ростом концентрации свободных электронов. [c.34]

Чем больше первоначальная нагрузка, тем быстрее в начальный момент идет релаксация, так как скорость релаксации зависит от уровня внутренней энергии пластика, создаваемой внешней нагрузкой чем выше этот уровень, тем быстрее идет процесс релаксации. [c.94]

Наибольшее значение для металлов и сплавов имеют процессы старения, связанные с распадом пересыщенных твердых растворов процессы выделения) и распадом мартенситной структуры (тем более что чистые металлы применяются очень редко). Эти процессы обусловлены метастабильным состоянием сплава в результате технологической обработки, вызывающей искажения кристаллической решетки (например, закалки, наклепа и др.). Старение сопровождается самопроизвольным переходом сплава из метастабильного состояния в стабильное, характеризующееся более низким уровнем внутренней энергии. [c.105]

Сварка взрывом ведется без нагрева и с нагревом свариваемых заготовок. Режимы сварки определяются пластическими характеристиками и гомологическими температурами свариваемых материалов. При сварке взрывом материалов с резко различающимися физикомеханическими свойствами тепловые процессы, протекающие в зоне соединения, играют определяющую роль. Повышение уровня внутренней энергии и пластичности свариваемых материалов при нагреве приводит к увеличению объема материала, вовлекаемого в интенсивную пластическую деформацию в зоне соединения, что снижает плотность внутренней энергии в этой зоне, облегчает условия отвода тепла и позволяет расширить диапазон режимов качественной сварки материалов с различающимися физико-механическими свойствами. При сварке с нагревом заготовки размещаются в вакуумном контейнере, что предотвращает интенсивное окисление поверхности (для тугоплавких материалов). Процесс сварки взрывом с нагревом полностью автоматизирован. [c.424]

Уменьщение и стабилизация характеристик трения связаны с формированием вторичных структур. При образовании вторичных структур система трения концентрирует все виды взаимодействия в тонких поверхностных слоях. Вторичные структуры выполняют защитные функции, ограничивая распространение взаимодействий внутри трущегося тела. В них в процессе трения сконцентрировано более 90 % всей энергии системы. С точки зрения термодинамики они представляют собой устойчивую зону с повышенным уровнем внутренней энергии. [c.332]

Процесс спекания. Прессованная заготовка термодинамически неустойчива, так как обладает повышенным уровнем внутренней энергии (остаточная энергия деформации, значительная поверхностная энергия большого числа порошинок, избыточная энергия искаженной кристаллической структуры). При высокой температуре, когда рез ко повышается подвижность атомов, создаются условия для образования более рав новесной системы — спеченного тела. Вся предшествующая история брикета (состояние и характер поверхности частиц порошка, его дисперсность, степень деформации и пористость брикета, состояние и напряженность контактных участков и т. д.) оказывает решающее влияние на преобладающее значение того или иного механизма перемещения атомов, обусловливающего образование спеченного образца. Современное порошковое металловедение считает возможной значительную миграцию атомов по поверхности пор и в результате объемной диффузии, а также учитывает влияние малых перемещений (вязкое течение, ползучесть) и сдвигов в относительно больших объемах (пластическая деформация). Эти процессы одновременно с дополнительным влиянием среды и температуры (удаление с поверхности порошинок адсорбированных газов и пленки окислов) приводят к увеличению и изменению качества контактной поверхности , следствием чего и является превращение брикета в прочное тело, т. е. спекание. [c.1486]

При торможении воздуха, движущегося с очень большими скоростями, развиваются высокие температуры. При этом нагрев газа влечет за собой изменение его термодинамических параметров, а также различные физико-химические превращения. Например, в случае нагрева воздуха, находящегося под давлением в одну атмосферу, до температуры около 1500 К начинается заметное возбуждение колебательных уровней внутренней энергии молекул при нагреве до температуры порядка 3000 К эти уровни для кислорода оказываются полностью возбужденными и дальнейшее нагревание приводит к его диссоциации, завершающейся при температуре около 6000 К. При такой температуре одновременно идет интенсивная диссоциация азота и развивается процесс [c.421]

Основываясь на таком рассуждении, были введены элементарные понятия квантовой и статистической механики для интерпретации эмпирической стороны классической термодинамики. Квантовое представление об энергетических уровнях использовано для интерпретации внутренней энергии. Статистические теории приведены для того, чтобы показать, что термодинамические энергии и энтропия являются средними или статистическими свойствами системы в целом. Это позволяет понять основные положения второго закона, обоснование третьего закона и шкалу абсолютных энтропий. Также представлены методы вычисления теплоемкости и абсолютной энтропии идеальных газов. Численные значения абсолютной энтропии особенно важны для анализа систем с химическими реакциями. После рассмотрения этих основных положений технические применения даны в виде обычных термодинамических соотношений. [c.27]

Хотя представленный материал не является новым и оригинальным, книга построена так, что можно легко перейти от теоретических положений к практическим применениям, которые в ней не указываются. В гл. 1 дано краткое введение к термодинамическим рассуждениям и расчетам, основанным только на законах сохранения энергии. Глава 2 — библиографическая в ней довольно подробно описаны выражения для квантованных энергетических уровней. Хотя для детального изучения математической стороны необходимо знание основ учения о дифференциальных уравнениях, полученные результаты могут быть использованы без применения дифференцирования. В гл. 3 изложены теории статистического распределения, необходимые для понимания внутренней энергии и энтропии. Распределение Максвелла — [c.27]

Внутренняя энергия системы из п частиц может быть выражена в функции энергетических уровней отдельных частиц и абсолют ной температуры с помощью уравнений (3-18), (3-23) и (3-30) [c.115]

Поступательная составляющая мольной внутренней энергии идеального газа может быть вычислена непосредственной подстановкой уравнения (2-13) для поступательных энергетических уровней в уравнение (4-3). Как уже говорилось в гл. 3 п. 8, суммирование при вычислении суммы состояний может быть заменено достаточно точно интегрированием для всех масс, больших массы атома водорода, и для температур, больших, чем несколько градусов Кельвина. В этом случае поступательную составляющую мольной внутренней энергии идеального газа наиболее просто [c.116]

Вращательная составляющая мольной внутренней энергии двухатомной молекулы, приближенно принятой жестким ротатором, может быть вычислена подстановкой выражения для энергетических уровней, данных уравнением (2-29), в уравнение (4-3). Для этого случая [c.116]

Отождествление теплоты, сообщенной системе во время обратимого процесса, с Tdk In W дает наглядное представление о превращении теплоты во внутреннюю энергию. Так как W определяется числом частиц на каждом энергетическом уровне, величина W может быть изменена перемещением частиц с одного уровня на другой. Следовательно, добавление теплоты системе уве- [c.131]

Выражение (2-13) для энергетических уровней поступательного движения содержит слагаемые, зависящие от размеров системы. Так как совершенная работа вызывает изменения размеров системы, то выполненная работа изменяет значение энергетических уровней. Работа, выполненная системой, увеличивает объем и снижает значения энергетических уровней в результате внутренняя энергия уменьшается. Работа, выполненная над системой, уменьшает объем и увеличивает значения энергетических уровней, в результате внутренняя энергия повышается. [c.132]

Выше было показано, что температуры положительны при условии ( О( )/й )>0, т. е. число возможных состояний всегда возрастает с энергией. Это справедливо для свободных частиц или гармонического осциллятора таким образом, жидкости и кристаллические решетки, всегда имеют положительные температуры. Однако существуют некоторые весьма специфические системы, в которых имеется верхний предел спектра энергетических состояний. Если частицы в этих состояниях находятся в тепловом равновесии друг с другом и одновременно термически изолированы от состояний, не имеющих верхнего энергетического предела, то они могут вести себя так, как если бы они обладали отрицательными температурами. Поскольку выше предельного уровня нет других энергетических уровней, при возрастании внутренней энергии системы достигается такое состояние, когда все уровни одинаково заселены. Согласно статистической механике, это мо- [c.24]

Наиболее вероятное место расположения этих включений — зоны упругого искажения кристаллических решеток и места скопления дефектов физического строения, так как эти зоны обладают повышенным уровнем потенциальной энергии. Сосредоточение в них примесей приводит к снижению внутренней энергии и повышению степени равновесности всей системы. Иными словами, движущая сила образования сегрегаций имеет термодинамическую основу. [c.464]

Энергия за вычетом этих слагаемых называется внутренней энергией (U). Она сосредоточена в массе вещества и в электромагнитном излучении, т. е. это сумма энергии излучения, кинетической энергии движения составляющих вещество микрочастиц, потенциальной энергии из взаимодействия и энергии, эквивалентной массе покоя всех этих частиц согласно уравнению Эйнштейна. При термодинамическом анализе ограничиваются каким-либо определенным уровнем энергии и определенными частицами, не затрагивая более глубоко лежащих уровней. Для химических процессов, например, несущественна энергия взаимодействия нуклонов в ядрах атомов химических элементов, поскольку она остается неизменной при химических реакциях. В роли компонентов системы в этом случае могут, как правило, выступать атомы химических элементов. Но при ядерных реакциях компонентами уже должны быть элементарные частицы. Внутренняя энергия таких неизменных в пределах рассматриваемого явления структурных единиц вещества принимается за условный уровень отсчета энергии и входит как константа в термодинамические соотношения. [c.41]

Нуклоны, образующие тяжелое ядро, можно подразделить на две группы. Одна группа нуклонов образует внутренние замкнутые слои и, следовательно, расположена далеко от границы Ферми (от сферического уровня, соответствующего энергии Ферми == [c.197]

В термодинамике не рассматриваются движение системы как целого и изменение ее потенциальной энергии при таком движении, поэтому энергией системы является ее внутренняя энергия . В статистической физике внутренняя энергия системы состоит из энергии разных видов движения и взаимодействия входящих в систему частиц энергия поступательного и вращательного движений молекул и колебательного движения атомов, энергия молекулярного взаимодействия, внутриатомная энергия заполненных электронных уровней, внутриядерная энергия и др. [c.25]

При низкой температуре молекулярные магниты устанавливаются в сильном магнитном поле, как показано на рис. 23, а, т. е. приходят в состояние с наименьшей энергией (или, как говорят, в системе заняты преимущественно более низкие энергетические уровни). При сообщении системе магнитов энергии (приводящей к увеличению ее температуры) уже не все магниты ориентируются по напряженности поля, и чем большую энергию получает система, тем более беспорядочным будет распределение магнитов. Наступает такой момент, когда беспорядочность становится полной — система полностью утрачивает намагниченность. Это соответствует температуре Т= + со, характеризующей равномерное распределение частиц по всем энергетическим уровням (рис. 23,6). Продолжая сообщать энергию системе, можно достигнуть того, что элементарные магниты ориентируются против напряженности внешнего поля (рис. 23, в) так, что возникает преимущественная заселенность верхних энергетических уровней (инверсная заселенность уровней). В этом состоянии внутренняя энергия системы больше, чем при бесконечно высокой температуре, и, следовательно, система имеет отрицательную температуру. [c.139]

Рассмотрим для примера ядро углерода. Если бомбардировать это ядро какими-либо частицами, скажем а-частицами (это довольно тяжелый снаряд, масса которого равна 1/3 массы ядра углерода) с энергией в 10 МэВ, то в результате столкновения ядро углерода либо не деформируется (не возбудится) вовсе, либо приобретет одну из энергий 4,43 7,65 или 9,61 МэВ. Возбудиться так, чтобы его внутренняя энергия стала равной какому-то промежуточному значению, это ядро не может. Возможные значения энергии возбуждения ядра называются его возбужденными уровнями (часто просто уровнями). Так, низшие возбужденные уровни ядра изотопа равны 4,43 7,65 и 9,61 МэВ. Энергии возбужденных уровней — разные у разных ядер, но факт существования уровневой структуры является общим для всех ядер и вообще для всех микрообъектов. Заметим, что число возбужденных уровней может равняться нулю. Такая частица ведет себя при столкновениях как твердое тело до энергий, при которых становится возможным ее развал или образование новых частиц. Невозбужденному ядру соответствует основной уровень с нулевой энергией возбуждения. [c.20]

Принцип действия приборов квантовой электроники основан на изменении внутренней энергии системы в результате внешнего возбуждения, вызывающего переходы в ней. В системе существует бесконечное множество энергетических уровней и переходов между ними. Все они подчиняются постулату Бора при переходе с вышележащего уровня с энергией на нижележащий с энергией выделяется квант энергии с частотой V, т. е. к = - Еу — Е (где Л — постоянная Планка). [c.60]

Работой выхода называют работу, которая необходима для перевода электрона с уровня Ферми на уровень Ц а (рис.3.16). Уровень Ферми в качестве исходного выбран не случайно. Если, например, из металла удалить электроны с энергией, лежащей ниже уровня Ферми, то электроны, обладающие большей энергией, будут переходить на освободившиеся лежащие ниже уровни и металл будет нагреваться за счет освободившейся энергии, т. е. часть работы пойдет на нагрев металла. Если удалить электроны с энергией, лежащей выше уровня Ферми, то при этом равновесие электронов также будет нарушено и часть освободившихся уровней займут электроны, обладающие меньшей энергией. В процессе этого металл охладится и часть работы по удалению электрона из металла будет совершена за счет его внутренней энергии. [c.66]

После подвода теплоты рабочее тело необходимо обратимым способом перевести на температурный уровень холодного источника Т1<С,Т с тем, чтобы отдать ему теплоту Переход Ьс совершается без теплообмена по двум причинам во-первых, имеется только два температурных уровня (источника), на которых по условию должен осуществляться обратимый теплообмен и, во-вторых, для предотвращения отвода теплоты и получения большего количества работы за счет уменьшения внутренней энергии. Таким образом, процесс Ьс есть процесс обратимого адиабатного расширения (без трения), сопровождающийся охлаждением рабочего тела. Охлаждение означает, что линия процесса Ьс идет круче линии аЬ и направлена в область более низких температур. Вообще линия аЬ (изотерма) определена, если известно уравнение состояния рабочего тела Р р,ь,Т) — = 0 в этом случае уравнение изотермы аЬ имеет вид р—р с, Т ). Что касается адиабаты Ьс, то ее уравнение [c.50]

Отличительной особенностью теплового излучения является то, что все тела постоянно испускают энергию излучения. В процессе испускания внутренняя энергия излучающего тела превращается в энергию электромагнитных волн, которые характеризуются длиной волны X и частотой V. Распределение энергии по длинам волн и частотам в спектре излучающего тела связано с температурным уровнем и физической структурой тела. При температурах до 1500 °С основная часть энергии соответствует инфракрасному излучению (Я = 0,8...800 мкм). [c.229]

Внутреннюю энергию газов до и после смешения необходимо отсчитывать от одного и того же температурного уровня. Условно примем, что при То = 273,15 К ( о = 0°С) внутренняя энергия газа считается равной нулю. Тогда [c.85]

Различным уровням внутренней энергии атома 8 , е,,. .., р, , согт-ветствуют различные электронные конфигурации и статистическая сумма по возбужденным электронным состояниям [c.431]

Физическую причину этого нетрудно понять, если учесть, что и в этой задаче должен проявляться эффект двухуровневости помимо непрерывно меняющейся с изменением температуры энергии поступательного движения и эффекта изменения числа частиц вследствие ионизации имеются два уровня внутренней энергии атома и иона, отличающиеся друг от друга на I. Этот эффект проявляется особенно четко благодаря тому, что отношение у статистических весов конечного состояния электрона, лежащего в сплошном спектре, и начального состояния электрона в атоме, принадлежащего дискретному спектру, весьма велико. Имеем для этого отношения оценку [c.238]

Физическая сущность процесса старения заключается либо в распаде пересыщенных твердых растворов (в сплавах), либо в переходе от неустойчивого состояния структуры металла, возникшей в процессе его обработки (например, при закалке, наклепе и т. п.), к более стабильному состоянию с пониженным уровнем внутренней энергии. Поскольку эти переходы происходят в результате, йще ений в кристаллической решетке металла, то повышение температуры увеличивает скорость процесса. Температура сильно влияет и на старение из-за распада твердых растворов. Это объясняется тем, что при росте температ фы увеличивается растворимость легирующих компонентов в основе сплава. После охлаждения твердый раствор становится пересыщенным и поэтому метастабильным, стремящимся за счет процессов распада и выпадения второй фазы вернуться в равновесное более стабильное состояние. Выпавшая фаза создает сетку стопоров, тормозящих движение дислокаций, что и вызывает уцрочнение сплава. [c.94]

Это значит, что смешение по схеме / (l/=idem) происходит с сохранением постоянного уровня внутренней энергии системы (i/=idem). [c.84]

При температуре порядка 1500 К начинает играть заметную роль возбуждение колебательных уровней внутренней энергии молекул кислорода и азота воздуха. При температуре приблизительно 3000 К и давлении 1 атм колебательные степени свободы молекул кислорода оказываются полностью возбужденными и дальнейшее повышение температуры позволяет атомам преодолеть внутримолекулярные силы, в результате чего, например, двухатомная молекула распадается на два отдельных атома. Такой процесс называется диссоциацией. Одновременно с диссоциацией происходит рекомб и на ц и я—образование новой молекулы при столкновении двух атомов (0г5 20). Эта реакция идет с выделением тепла, что обусловливает столкновение двух атомов с третьей частицей, которая уносит с собой часть выделившейся энергии и тем самым обеспечивает создание устойчивой молекулы, Кроме того, в воздухе происходят химические реакции, в результате которых возникает некоторое количество окиси азота N0, также диссоциирующей при дальнейшем разогреве с образованием атомарного азота и кислорода по уравнениям [c.49]

Численные значения поступательных, вращательных, колебательных и электронных энергетических уровней, определенных по спектроскопическим данным или вычисленных с помощью квантовой механики, обычно выражают относительно самого низкого или основного уровня молекулы. Если такие значения используют для вычисления внутренней энергии, полученная внутренняя энергия представляет собой избыточную энергию относительно основного состояния системы, когда все частицы находятся на самом низком энергетическом уровне при температуое абсолютного нуля. Для процессов, в которых общее число частиц данных молекулярных объектов остается постоянным, изменения внутренней энергии могут быть вычислены без сведений об основном состоянии. Однако если число частиц данных молекулярных объектов изменяется, как в химической реакции, то для вычисления изменения внутренней энергии процесса должна быть известна разность между основными состояниями различных соединений. [c.115]

Наибольшее практическое значение имеют процессы старения, связанные с распадом перенасыщенных твердых растворов (процессы выделения) и распадом мартенситной структуры (тем более, что чистые металлы применяются очень редко). Эти процессы обусловлены неустойчивой (ме-тастабильной) структурой сплава, получаемой в резу1гьтате технологической обработки, например, закалки, наклепа и других, и связанной с появлением искажений кристаллической решетки. Такое метастабильное состояние характеризуется повышенным по сравнению со стабильным состоянием уровнем внутренней (свободной) энергии. Отсюда сущность процесса старения - самопроизвольный переход из нестабильного состояния в более стабильное с более низким уров- [c.125]

Тип двигателя определяет закон изменения движущей силы и момента. Они по-разному изменяются в зависимости от скорости рабочего звена. Разные двигатели имеют различные механические характеристики Тд = Тд (со) (рис. 20.1). Данная механическая характеристика соответствует определенному уровню преобразуемой энергии. Например, при увеличении количества сжигаемого топлива двигатель внутреннего сгорания имеет механическую характеристику, расположенную выше, чем приведенная на рис. 20.1, е. Уравнения механических характеристик используют при описании воздействия двигателя на механизм. [c.242]

Обычная теплосиловая установка является всегда по меньшей мере двухтемпературной системой топливный элемент служит примером однотемпературного генератора энергии. Поскольку в нем исключается стадия превращения внутренней энергии в теплоту, постольку нет необходимости иметь разность температур. Соответственно этому изменяется роль окружающей среды. Если в обычной теплосиловой установке окружающая среда соответствует нижнему температурному уровню и поэтому является в любых случаях теплоприемником, то в топливном элементе, где нет двух разных уровней температуры, окружающая среда может быть как теплоприемником, так и теплоотдатчиком. [c.595]

В изолированном атоме электроны стремятся занять уровни с минимальной энергией. То же самое наблюдается в твердых телах - электроны стремятся заполнить энергетические зоны с минимальной энергией. Наибольшему упшрению подвергаются уровни валентных электронов, т.е.электронов, находящихся во внешней электронной оболочке. Валентные электроны слабо связаны с ядром и свободно переходят от одного атома к другому. Уширение энергетических уровней внутренних электронов [c.8]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...