48. Цикл Карно

Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой T_H, холодильника с температурой T_X и рабочего тела.

Цикл Карно состоит из четырёх стадий:

1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A→Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_H, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В→Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_X, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_X.

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия:

 при δQ = 0.

Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).

49. Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики — определяет направление процессов происходящих в природе и связанных с превращением энергии .

Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю.

50. Энтропия

Энтропи́я в естественных науках — мера беспорядка

системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике 

мера вероятности

осуществления какого-либо макроскопического состояния

,

где dS - приращение энтропии; δQ - минимальная теплота подведенная к системе;

T – абсолютная

температура процесса;

51. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса

Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального

газа Клапейрона —Менделеева.

Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы в реальном газе

взаимодействуют

между собой и занимают определенный объем. Состояние реального газа часто на

практике

описывается обобщенным уравнением Менделеева — Клапейрона:

где p — давление; T — температура; Z_r = Z_r (p,T)  — коэффициент сжимаемости газа;

m - масса; М —

молярная масса; R — газовая постоянная.

Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса — уравнение, связывающее основные термодинамические величины в модели газа Ван-дер-Ваальса.

Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так: