27. Второе начало термодинамики.

Приводили – ΔS ≥ 0, существуют другие Þ Клаузиус – невозможны такие процессы, единственным результатом которых был бы переход некоторого количества теплоты от тела менее нагретого к телу более нагретому.

I начало термодинамики вообще не запрещает переход Q от менее к более нагретому телу. Пример – холодильник.

У. Томпсон (лорд Кельвин) – невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от какого-то тела некоторого количества теплоты и превращение этой теплоты полностью в работу.

Противоречие – изотермическое расширение газа. Все получаемое тепло – в работу полностью. Но это не единственный конечный результат – происходит изменение объема газа.

Невозможен perpetuum mobile II рода, т.е. такой периодически действующий двигатель, который получал бы теплоту от одного резервуара и превращал ее полностью в работу.

28. Кпд Тепловой машины

Термодинамика – наука о превращении Q в A. Задача – создание наиболее эффективных тепловых машин.Тепловая машина – периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне количества теплоты. Рабочее тепло сначала расширяется до V2, а затем снова сжимается до V1. Чтобы Ацикл > 0, p и Т при расширении должны быть больше, чем при сжатии. Для этого рабочему телу в ходе расширения сообщают Q, а в ходе сжатия отнимают.

Отсюда Þ два внешних тела – нагреватель и холодильник.

По завершении цикла рабочее тело возвращается в исходное состояние Þ изменение Uвнутр.р.т. = 0 (за цикл) Þ За цикл работы рабочее тело получает Q = Q1 – Q2’ Þ т.к. ΔU = 0 Þ все полученное Q затрачивается на совершение работы Þ

А = Q1 –Q2’ Þ

Чтобы тепловая машина работала повторными циклами, необходимо часть полученной от нагревателя теплоты передать холодильнику Þ согласуется со II началом термодинамики.

В принципе, Q2’ ≠ 0 и должен существовать отличный от 0 предел возможных значений Q2’. Эффективность тепловой машины характеризует коэффициент полезного действия (кпд) Þ отношение совершенной за цикл работы к получаемому от нагревателя за цикл количеству теплоты Þ

• = A/Q1 Þ h = (Q1 – Q2’) / Q1,

т.е. не может быть > 1!

Если обратить цикл – цикл холодильной машины Þ отбирает от тела с меньшей Т Q2 и отдает телу с более высокой Т Q1’ > Q2.

Над машиной за цикл – работа А’. Эффективность характеризует холодильный коэффициент Þ х.к. = Q2 / А’ = Q2 /(Q1’ – Q2), где A’ – работа, затраченная на приведение машины в действие. Кпд необратимой тепловой машины всегда меньше, чем кпд обратимой машины, работающей в аналогичных условиях.

Машина Þ цилиндрический сосуд с газом, закрытый подвижным поршнем Þ газ в состоянии р, Т Þ от нагревателя Q1 Þ толкает поршень, совершая положительную А+.

Затем газ сжимается Þ холодильнику Q2’ и совершает отрицательную А_ Þ Ацикл = А+ - А_. Чтобы процессы были обратимыми – бесконечно медленно и без трения Þ совершаемая работа Аобр. Теперь – быстро и с трением Þ р в непосредственной близости к поршню меньше, чем при медленном расширении Þ (А+)необр. < (A+)обр. Быстрое сжатие Þ р больше, чем при медленном Þ │(А_)необр.│>│(A_)обр.│Þ (Ацикл)необр. < (Aцикл)обр. Трение Þ часть совершенной телом А в теплоту, что тоже понижает КПД. Таким образом, из физических соображений Þ hнеобр < hобр тепловой машины.