Вопрос 13. Первое начало термодинамики.
Обратимый процесс – процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении. Причем если он проведен сначала в прямом, потом в обратном напрвлении и система вернулась в исходное состояние, то ни в ней, ни в окружающей среде нет остаточных явлений, иначе процесс необратим.
Все изопроцессы обратимы, а реальные тепловые необратимы.
dQ=dU+dA
все количество теплоты, переданное системе идет на изменение внутренней энергии и на совершаемую системой работу. Если система периодически возвращается в исходное состояние, то dU=0, тогда dQ=dA.
Очевидно, что в этом случае невозможно создать механизм, который совершал бы работу, превышающую полученную энергию (вечный двигатель первого рода).
Первое начало термодинамики для изопроцессов:
V=const – изохорный процесс
dA=0, следовательно, dQ=dU.
dQ= CvdT
P=const – изобарный процесс.
dA=PdV
A=
=P(V2-V1)
dQ = CpdT
dU= CvdT
Т=const – изотермический процесс.
dU=0
dQ=dA
dA=PdV
P=
dv
dA= dv
A=
=
RT
→ A=
RT(lnV2-lnV1)
dQ=0 - адиобатический процесс.
dU=-dA PVϒ=const (уравнение Пуассона)
Вопрос 14. Цикл Карно. Теорема Карно. Принцип Ле-Шателье.
Цикл Карно придуман для тепловой машины, работающей по замкнутому циклу, и состоящей из нагревателя, рабочего тела и холодильника.
Идеальный цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиобат. От точки 1 газ изотермически расширяется, получая от нагревателя количество теплоты а1, от точки 2, где нагрев убирают, газ адиобатически расширяется до точки 3, работа расширения идет за счет убыли внутренней энергии, температура газа понижается, T2>T1. От 3 до 4 идет изотермическое сжатие и холодильнику отдается количество теплоты Q2. В точке 4 холодильник убирают, газ сжимается адиобатически, повышая температуру до T1, система вернулась в исходное состояние.
η=
=
η=
=
Теорема Карно, Принцип Ле-Шателье.
КПД всех обратимых машин, работающих между одними и теми же нагревателем и холодильником равны между собой.
Физический смысл: КПД обратимого цикла не зависит от природы рабочего тела и устройства системы.
КПД необратимых машин больше, чем КПД обратимых.
Физический смысл: связан с реализацией принципа Ле-Шателье: если посредством внешних воздействий система выводится из равновесия, то в системе возникают процессы, направленные на уменьшение этого воздействия.
< .
Вопрос 15. Энтропия. Второе начало термодинамики. Термодинамическая вероятность.
Энтропия.
Пусть система из состояния 1 в состояние 2 переводится с помощью обратимого процесс, а затем возвращается в исходное состояние. Оба процесса образуют цикл L=l1+l2. Вследствие обратимости можно записать:
=
+
=0
=-
=
=S
– энтропия
dS=
Энтропия есть мера беспорядка системы – поскольку теплоте присущ беспорядочный характер и возрастание энтропии приводит к увеличению беспорядка системы. В этом случае равновесие в системе увеличивается. Можно сформулировать второе начало термодинамики: энтропия изолированной системы не может уменьшаться ни при каких условиях.
Воображаемый механизм, превращающий все количество теплоты в работу называется вечным двигателем второго рода.
Невозможен периодически действующий механизм, который все получаемое количество теплоты переводил бы в работу, часть этого тепла должна быть отдана холодильнику.
Термодинамическая вероятность.
Под вероятностью данного состояния W называется число микросостояний, соответствующих этому макросостоянию. Она характеризует степень неупорядоченности макроскопического состояния.
S=klnW (уравнение Больцмана).
Природа стремится от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным. Наиболее вероятным является состояние наиболее беспорядочное, т.е. равновесное.