20.Тепловые машины и проблемы экологии.

Тепловая машина - устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела - на практике обычно пара или газа.

Анализируя работу тепловых машин в своей знаменитой работе «Размышления о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу», Сади Карно рассмотрел работу идеальной машины (машины, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны), работающей по знаменитому циклу Карно. Эта машина получает от первого теплового резервуара (нагревателя) количество тепла Q₁ и отдает второму резервуару (холодильнику) количество тепла Q₂, совершая работу А=Q₁‒Q₂. Карно доказал две теоремы: 1)«Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур Т₁ и Т₂ нагревателя и холодильника, но не зависит ни то устройства машины, ни от вида используемого рабочего вещества»; 2)«Коэффициент полезного действия всякой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной машины, работающей по циклу Карно с теми же самыми температурами нагревателя и холодильника». Обе теоремы Карно можно объединить неравенством

(Q₁‒Q₂)/Q₁≤(T₁-T₂)/T₁. Для идеальной машины Q₁/Q₂=Т₁/Т₂.

25.Поверхностное натяжение и его роль в жизни. Коэффициент поверхностного натяжения. Капиллярные явления.

Важную роль в природе занимает поверхностное натяжение на поверхности жидкости. Силы поверхностного натяжения резко возрастают при увеличении кривизны поверхности жидкости. В тонких цилиндрических капиллярах при наличии смачивания вода может подниматься вверх на высоту в десятки метров.

На молекулу жидкости действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул. Если молекула находится внутри жидкости, эти силы в среднем уравновешиваются, если же она находится вблизи поверхности, то появляется результирующая сила, направленная внутрь жидкости. Поэтому для извлечения молекулы из внутренних частей жидкости на её поверхность требуется затрата работы. Величина, численно равная работе, которую необходимо совершить, чтобы изотермически и квазистатически увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранении её объёма неизменным, называется коэффициентом поверхностного натяжения σ жидкости. Изотермическая работа, как известно, равна убыли свободной энергии системы, которую можно представить в виде суммы объёмной и поверхностной составляющих Ψ=Ψ_об+Ψ_пов. Так как объём не изменяется, то σ=Ψ_пов/F, где F - площадь поверхности жидкости. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения можно также определить как свободную поверхностную энергию жидкости, приходящуюся на единицу её поверхности.

21. Цикл Карно. Коэффициент полезного действия тепловых машин.

Цикл Карно - 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.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

Коэффициент полезного действия тепловой машины – как было установлено С.Карно, η=(Т₁–Т₂)/Т₁, где Т₁ и Т₂ - температуры соответственно нагревателя и холодильника.

Анализируя работу тепловых машин в своей знаменитой работе «Размышления о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу», Сади Карно рассмотрел работу идеальной машины (машины, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны), работающей по знаменитому циклу Карно. Эта машина получает от первого теплового резервуара (нагревателя) количество тепла Q₁ и отдает второму резервуару (холодильнику) количество тепла Q₂, совершая работу А=Q₁‒Q₂. Карно доказал две теоремы: 1)«Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур Т₁ и Т₂ нагревателя и холодильника, но не зависит ни то устройства машины, ни от вида используемого рабочего вещества»; 2)«Коэффициент полезного действия всякой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной машины, работающей по циклу Карно с теми же самыми температурами нагревателя и холодильника». Обе теоремы Карно можно объединить неравенством

(Q₁‒Q₂)/Q₁≤(T₁-T₂)/T₁. Для идеальной машины Q₁/Q₂=Т₁/Т₂.