34.Цикл карно.Ккд циклу

Р озглядаючи питання про коефіцієнт корисної дії теплової машини, Карно довів теорему, що максимально можливий ККД має теплова машина, яка працює за оборотним коловим процесом, що складається з двох рівноважних ізотермічних і двох рівноважних адіабатних процесів (рис. 2.23). На цій діаграмі:

1. – це початковий стан,

(12) – процес ізотермічного розширення, коли робочий газ отримує від нагрівача кількість теплоти Q₁ при температурі Т₁ і виконує роботу , (23) – процес адіабатного розширення без теплообміну з навколишнім середовищем Q₂₃ = 0, коли газ охолоджується до температури Т₂, виконуючи роботу за рахунок зміни внутрішньої енергії А₂₃ = –U₂₃ = – , (34) – процес ізотермічного стискання газу, коли робочий газ віддає охолоджувачу кількість теплоти Q₂ при температурі Т₂ і робота газу від’ємна А₃₄ = – = –Q₂ = , (41) – процес адіабатного стискання без теплообміну з навколишнім середовищем Q₄₁ = 0, коли газ нагрівається до температури Т₁ за рахунок роботи зовнішніх сил А₄₁ = – = –U₄₁ = = –А₂₃. У результаті колового процесу виконується корисна робота:

А = А₁₂ + А₂₃ + А₃₄ + А₄₁ = Q₁ – Q₂. Використавши рівняння адіабат (23) і (41):

отримуємо: Підставивши ці вирази до формули термічного ККД прямого циклу, маємо

Тобто ККД циклу Карно визначається тільки температурою нагрівача і охолоджувача: .

36.Другий закон термодинаміки.Теорема карно

Якщо перший закон термодинаміки – це одна з форм запису закону збереження енергії, то другий закон термодинаміки встановлює напрямок перебігу і характер процесів, що відбуваються у природі.

Д ругий закон термодинаміки у формулюванні Кельвіна стверджує: неможливим є коловий термодинамічний процес, єдиним результатом якого є перетворення теплоти на еквівалентну їй роботу. Тобто, неможливо побудувати теплову машину, що повністю перетворює теплоту, яку отримала від нагрівача, на еквівалентну їй роботу: Q₁  А, Q₁ = А + Q₂. Іншими словами, тепловий двигун без охолоджувача працювати не буде (рис. 2.24), на корисну роботу перетворюється лише частина теплоти, отриманої від нагрівача.

Д ругий закон термодинаміки у формулюванні Кельвіна: неможливим є коловий термодинамічний процес, єдиним результатом якого є перехід теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого. Іншими словами, для такого переходу теплоти потрібно виконання роботи зовнішніми силами, холодильна машина без компресора працювати не буде (рис. 2.25): Q₁  Q₂, Q₁ = Q₂ + А^зовн.

Другий закон термодинаміки вказує на необоротність процесу перетворення однієї форми передачі енергії – роботи – на іншу форму передачі енергії – теплоту.

38.Ентропія системи.Статистичне тлумачення 2 закону термодинаміки

Якщо внутрішня енергія газу є функцією його термодинамічного стану, тобто визначається параметрами стану P, V, T, то теплота є характеристикою процесу теплообміну і залежить від характеру процесу. Розглянемо тепер зведену кількість теплоти і введемо поняття функції стану, яку визначимо як . Ця функція стану, диференціал якої , називається ентропією S. Основною властивістю цієї функції є те, що для будь-якого колового оборотного процесу її зміна дорівнює нулю: = 0. Ентропія визначається з точністю до постійного доданка і, подібно до потенціальної енергії, фізичний зміст має тільки зміна ентропії для даного процесу (1)(2): . Кожному стану тіла відповідає одне визначене значення ентропії. Тому ентропія є однозначною функцією стану, яка характеризує напрямок перебігу самодовільних процесів у замкненій термодинамічній системі. Для довільної замкненої системи виконується нерівність Клаузіуса: S  0, тобто ентропія замкненої системи або зростає (для необоротних процесів) або залишається постійною (для оборотних процесів). Оскільки всі реальні процеси необоротні, то всі процеси у замкненій системі ведуть до збільшення її ентропії – у цьому полягає принцип зростання ентропії, який лежить в основі формулювання другого закону термодинаміки: в макроскопічній термодинамічній системі можливі лише такі процеси, які ведуть до збільшення ентропії.