5. Применение первого начла термодинамики к изихорическому, изотермическому и изобарическому процессам в идеальном газе

Рассмотрим применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом. В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид: , т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется. В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: .При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е. А = 0, и уравнение первого закона имеет вид , т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

5. Адиабатический процесс

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

5. Содержание II начало термодинамики. Назначение, принцип, действия и кпд тепловой машины

Можно дать более краткую формулировку второго начала термодинамики: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает. При необратимых процессах в замкнутой системе энтропия всегда возрастает.

Укажем еще две формулировки второго начала термодинамики:

1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;

2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

5. Назначение, принцип действия, кпд и холодильный коэффициент холодильной машины

Тепловая - машина (двигатель) предназначена для преобразования тепловой энергии в механическую энергию (работу), и в простейшем варианте содержит три основные части: нагреватель, рабочее тело, холодильник. Рабочее тело (обычно газ) получает от теплоту Q1, часть Q2 которой отдаётся холодильнику (для обеспечения замкнутости цикла), а другая часть Q1 - ïQ2ï превращается в полезную работу Ао = Qо = Q1 -ïQ2ï.

ХОЛОДИЛЬНИК Таким образом, КПД тепловой машины: h = Ао/Q1 = (Q1 -ïQ2ï)/Q1 = 1 - ïQ2ï/Q1.

Получим более конкретное выражение для КПД через температуры Т1 нагревателя и Т2 - холодильника. Применим термодинамический подход для анализа цикла Карно, т. е. для двух изотермических и двух адиабатных процессов с идеальным газом.

КПД идеальной тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно не равен 100% (Т ¹ 0) и не зависит от рода, особенностей рабочего тела (теорема Карно).

Для тепловых машин работающих по необратимому циклу: h = (Q1 - ïQ2ï)/Q1 < (Т1 - Т2)/Т1.

Цикл Карно наиболее экономичный из всех обратимых циклов.

Для обратимого цикла Карно сумма приведённых теплот (теплот, отнесенных к температуре) равна нулю: Q1/Т1 + Q2/Т2 = 0. Этот результат является общим для любого обратимого цикла (ибо его можно представить в виде совокупности бесконечно малых циклов Карно), и его можно записать в виде: òdQ/Т = 0.

Величину, стоящую под интегралом, можно представить в виде полного дифференциала некоторой другой величины, являющейся функцией состояния системы, ибо её изменение

в замкнутом процессе равно нулю /подобно внутренней энергии системы/. Эта функция термодинамического состояния называется энтропией. Её дифференциал равен элементарной приведённой теплоте: dS = dQ/Т. Температура играет роль интегрирующего делителя, обращающего функцию процесса - элементарную теплоту dQ в функцию состояния – энтропию dS.

dQ и dS имеют одинаковый знак. При нагревании тела dQ > 0 и его энтропия возрастает /dS > 0/, при охлаждении dQ < 0 и энтропия тела убывает (dS < 0). В обратимом адиабатном процессе dQ = TdS = 0, так что dS = 0 и S = const. Таким образом, обратимый адиабатный процесс представляет собой изоэнтропийный процесс. Как и внутренняя энергия U, энтропия S является аддитивной функцией состояния макросистемы.

Равенство нулю изменения энтропии оказывается справедливым для любых обратимых процессов. В общем же случае через изменение энтропии формулируется II начало термодинамики, которое в современной трактовке звучит как закон не убывания энтропии замкнутой

термодинамической системы, или: энтропия замкнутой (адиабатной) системы не может

убывать при любых происходящих в ней процессах: dS ³ 0, где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак больше - к необратимым процессам.

Обратимые процессы – равновесные; необратимые процессы ведут к равновесию, в котором максимальна энтропия системы.