18. Оборотний та необоротний процеси. Умови проходження оборотних процесів. Облік незворотності в дійсних процесах.

Н ехай кулька рухається по впуклій поверхні. Якщо нема тертя, то вона підніметься на ту ж висоту, з якої почала свій рух. Якщо є тертя, то частина енергії кулька втратить на те, щоб подолати сили тертя. Поступово її рух затихне. Оборотним називається процес, в якому робоче тіло проходить в прямому і зворотному напрямках через одні і ті ж самі проміжні стани, і після цього повертається в початковий стан без витрати на то енергії ззовні. Необоротним називають процес, в якому робоче тіло після завершення зворотного процесу не може повернутись в початковий стан без витрати енергії ззовні. Для протікання оборотного процесу необхідно виконати такі умови:

1. процес повинен бути рівноважним;

2. нескінченно повільне протікання процесу;

3. відсутність втрат енергії на подолання тертя;

4. відсутність хімічних процесів, внаслідок яких утворюються речовини з новими властивостями.

19. Визначення значень зміни внутрішньої енергії, ентальпії та ентропії робочого тіла при зміні його стану.

Внутрішньою енергією називається сума кінетичної і потенціальної енергії молекул газу.

u – 1 кг, Дж/кг U – m кг, Дж

Кінетична енергія молекул визначається швидкістю руху молекул, поступального і обертального. Потенціальна енергія визначається силами щеплення між молекулами, а також розташуванням молекул у просторі. Тому для ідеального газу

, – маса 1 молекули; – середня швидкість руху молекул.

Для реального газу .

Джоуль, вивчаючи властивості газоподібних речовин, показав, що для ідеального газу і тому

(1)

Внутрішня енергія є параметр стану, їй притаманні всі властивості параметрів стан

Для реального газу

Ентальнія Розглянемо рівняння стану для 1 кг га-зу.

; ; ;

; ; ;

– повна енергія робочого тіла, або ентальпія. Це рівняння для m кг:

H=U+pV Також, як і внутрішня енергія, енталь-пія є функція тільки від температури.

Ентропія є параметр стану, і її зміна процесів знаходиться в залежності від будь-якої пари основних параметрів стану. Тобто, ентропія є функція будь-яких пара-метрів стану:

Вираз Клаузіуса говорить, що

(1) (2)

(2) підставимо в (1):

ds=du/T+pdv/T (3) (4)

pv=RT (5) p=RT/v (6)

(7)

Проінтегруємо вираз (7): (8)

Зміна ентропії як функція (T,v).

(9)

Запишемо перший закон термодинаміки у вигляді:

(10)

Підставимо (10) у (9): ds=dh/T-vdp/T (11)

Із закону Джоуля ми знаємо, що: (12)

З рівняння стану:pv=RT v=RT/p (13) (12) і (13) підставимо в (11): (14)

Проінтегруємо вираз (14):

(15) (16)

Запишемо рівняння стану для двох станів.

(17) (18)

Поділимо (17) на (18):

. (19)

Підставимо (19) у (8):

. (19) підставимо в (15):

(20)

(21)

Тоді остаточно отримаємо: . (22)

Допустимо, що ентропія під час Т=273К дорівнює нулю.

, .

Припустимо, є температура, що змінювалась від до . Тоді:

20. Графічний метод вивчення термодинамічних процесів. Pv та ts –діаграми та їх властивості.

І зотермічним називають процес, який протікає під час постійної температури.

pv=RT, T=const

pv=const

У pv-діаграмі ізотермічний процес зображується як рівнобока гіпербола.

1-2 – процес розширення.

2-1 – процес стиснення.

Ізобарним називають процес, який протікає при сталому тиску.

Р=const

І зохорним називають процес, який протікає при сталому об’ємі.

v=const.

1-2 – ізобара P=const.

1-3 – ізохора V=const.

Адіабатним називають процес, який протікає без теплообміну з навколишнім середовищем.

Зображення цих процесів у pv-діаграмі – нерівнобока гіпербола.

Якщо у pv-діаграмі через одну і ту ж точку проходить адіабата і ізотерма, то адіабата йде більш круто, а ізотерма – більш полого.

У Ts-діаграмі: .

У адіабатному процесі ентропія залишається незмінною.

Політропним називають процес, у якому енергія перетворюється за наступним законом:

, n – показник політро-пи: .

– теплоємність політропного процесу:

У залежності від значення показника політропи, всі процеси розподіляються на три групи:

0 <n<1 k<n<∞ 1<n<k

Це найневигідніші процеси.У Ts-координатах: