30. I Теорема Карно.

I теорема Карно: КПД цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и предельных адиабат, а определяется только температурой теплоотдатчика и теплоприемника.

Докажем теорему, вычислим КПД идеально тепловой машины, работающей по циклу Карно:

 .

Мы проводили рабочий цикл так, чтобы исключить контакт тел с различной температурой, т.е. с наибольшей работой. Поэтому более высокий КПД принципиально получить нельзя.

31.II теорема Карно. Реальные тепловые машины.

II теорема Карно: КПД идеальной тепловой машины, работающей по обратимому циклу всегда больше КПД машин, использующих необратимые процессы при тех же начальных и конечных температурах

Р ассмотрим КПД реальной тепловой машины. В реальной тепловой машине существуют потери тепла, которые не учитываются при рассмотрении идеальной машины, это теплообмен с окружающей средой, находящейся при более низкой температуре. Обозначим эту потерю , кроме этого на преодоление сил трения в любой реальной машине тратится количества теплоты. Таким образом, работа реальной тепловой машины , то .

А так как реальных обратимых процессов не существует, мы доказали вторую теорему Карно:

32.II начало термодинамики в формулировках Кельвина и Клаузиуса.

Второе начало ТД так же как и I начало ТД является эмпирическим законом, полученным в результате обобщения многолетних опытных результатов. Второе начало ТД было сформулировано, независимо друг от друга двумя учеными, Клаузиусом и Кельвином (лордом Томпсоном).

Формулировка Клаузиуса: процесс, при котором не происходит никаких изменений, кроме передачи тепла от горячего тела к холодному, является необратимым, иначе говоря, теплота не может спонтанно перейти от более холодного тела к более горячему, без каких либо других изменений в системе. (т.е. невозможен циклический процесс, единственным результатом которого является передача тепла от более холодного тела к более горячему телу, без изменений в окружающих телах).

Ф ормулировка Кельвина: Невозможен циклический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты, получаемой системой от внешней среды в работу, без изменений в окружающей среде.

В этих формулировках ничего не говорится о полном преобразовании работы в теплоту. Действительно, никаких ограничений на этот процесс не существует! Работу можно полностью преобразовать в теплоту без каких-либо иных наблюдаемых изменений (например, торможение автомобиля).

Вторая формулировка: невозможен вечный двигатель второго рода, т.е. невозможен двигатель с КПД=100%, который тепло переводит в работу, без каких-либо изменений в окружающей среде.

По Кельвину: невозможен цикл с , .

По Клаузиусу: невозможен цикл , .

I начало ТД: - работа не больше количества тепла, переданного системе.

II начало ТД: - работа меньше количества тепла, переданного системе.

33.Тождество Клаузиуса, неравенство Клаузиуса.

Рассмотрим цикл Карно. Пусть одна тепловая машина работает с идеальным газом, а другая с другим рабочим телом, причем температуры нагревателей и холодильников этих машин равны. По I теореме Карно КПД этих машин равны и не зависят от природы рабочего вещества.  , отметим, что , тогда

  .

Получили важный результат. Оказывается, что если не является функцией состояния, и за цикл не равна нулю , то приведенная теплота уже является функцией состояния, т.е. на замкнутом цикле ее изменение равно нулю. У понятия «приведенная теплота» нет наглядного примера, его трудно как-то представить.

- данное тождество называется тождеством Клаузиуса, оно справедливо только для обратимых процессов.

Отсюда следует:

- для любого обратимого процесса не зависит от пути, и, следовательно, является функцией состояния.

Эту функцию назвали энтропия. От греческого «энтропос» - возвращение, поворот. Каждое состояние тела характеризуется определенным значением энтропии , подобно тому, как оно характеризуется определенным значением внутренней энергии .

По определению в интегральной форме

или в дифференциальной форме ,  .

Тождество Клаузиуса говорит, что при замкнутых обратимых процессах энтропия не меняется.

I начало ТД для обратимых процессов можно записать: , его еще называют основное ТД тождество.

Рассмотрим, что происходит при необратимых процессах. Возьмем необратимый цикл Карно, для него КПД меньше, чем у обратимого цикла, т.е.

  - для необратимых процессов изменение отрицательно. Если обобщать для случая кругового процесса:

- неравенство Клаузиуса, для необратимых процессов.