Второе начало термодинамики
Автор: kanapin04 • Ноябрь 26, 2021 • Лекция • 5,016 Слов (21 Страниц) • 250 Просмотры
Лекция 10
10 Второе начало термодинамики
Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет указать направление протекания процессов. Кроме того, можно представить множество процессов, которые не противоречат первому началу, но в природе не осуществляются. Ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет, даёт второе начало термодинамики. Оно определяет направление развития процессов.
9.1 Обратимые и необратимые процессы
Термодинамический процесс называется обратимым, если он может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, причём после проведении его в обратном направлении ни в самой системе, ни в окружающей её среде не должно остаться никаких изменений.
Любой равновесный процесс является обратимым, поскольку все его промежуточные состояния являются равновесными и совершенно неважно идёт процесс в прямом, или в обратном направлении. Медленные процессы (медленное расширение и сжатие газа) является равновесными (квазастатическими) и поэтому обратимы. Реальные процессы, сопровождающиеся диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.) необратимы.
10.2 Круговые процессы[pic 1]
[pic 2] Рис.10.1 Работа, совершённая за цикл | Тепловые двигатели служат для превращения теплоты в механическую работу. Все тепловые машины (двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины, холодильные машины и т. д.) работают циклически. Круговым процессом (циклом) называется такой процесс, при котором система после прохождения ряда промежуточных состояний, возвращается в исходное, первоначальное состояние. На [pic 3] диаграмме цикл изображается замкнутой кривой. Если к газу в баллоне подвести некоторое количество теплоты [pic 4], то согласно первому началу термодинамики ([pic 5])оно расходуется на изменение внутренней энергии газа ([pic 6])и на совершение им работы ([pic 7])при расширении. |
Если процесс вести изотермически ([pic 8] и [pic 9]), то вся подводимая теплота пойдёт на совершение газом работы. Полезная положительная работа [pic 10], совершаемая газом при его изотермическом расширении от объёма [pic 11] до объёма [pic 12], измеряется площадью под кривой [pic 13] на [pic 14]диаграмме (рис.10.1). Для возвращения газа в исходное состояние [pic 15] его необходимо сжать. При этом газ совершит отрицательную работу, определяемую площадью под кривой [pic 16]. Суммарная работа газа, равная площади [pic 17], будет положительной, если изотерма сжатия газа окажется ниже изотермы его расширения. Следовательно, сжатие газа должно происходить при более низкой температуре, чем расширение ([pic 18]). Поэтому для работы тепловой машины необходимы: нагреватель, холодильник и рабочее тело.
10.3 Идеальная тепловая машина Карно
Обратимый круговой процесс, называемый циклом Карно, состоит из двух равновесных изотермических и двух равновесных адиабатных расширений и сжатий. Идеальная тепловая машина Карно состоит из цилиндра, заполненного рабочим телом (газом), и двух резервуаров тепла – нагревателя с температурой [pic 19] и холодильника с температурой [pic 20] и теплоизолирующей подставки.
Рассмотрим цикл Карно подробно.
1) Цилиндр с газом, имеющим параметры состояния [pic 21], [pic 22] и [pic 23] (точка [pic 24] на [pic 25] диаграмме рис.10.2), ставят на нагреватель и дают возможность газу
...