17. Цикл Карно. Расчет кпд цикла Карно.

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.

Описание стадий цикла: пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой Т_Н, холодильника с температурой Т_Х и рабочего тела.

1. Изотермическое расширение. В начале процесса рабочее тело имеет температуру Т_Н, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_Н. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение. Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие. Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру Т_Х, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_Х.

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие. Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

КПД: ɳ=(Q_Н-Q_Х)/Q_Н=(Т_Н-Т_Х)/Т_Н. → КПД достигает 100% лишь если Т_Х=Абсолютному нулю.

18. Энтропия, расчет энтропии при различных изоПроцессах.

Энтропия – функция состояния системы, которая не зависит от перехода из одного состояния в другое, а зависит только от начального и конечного положения системы, устанавливающая связь между макро- и микро- состояниями; показывает направленность процессов.

19. Реальные газы, уравнение Ван-дер-Ваальса, внутренняя энергия неидеального газа.

Реальные газы: P*V_m=R*T, при малых Р и высоких Т, но при других условиях, большую роль играют неучтенные силы межмолекулярного вз-ия.

Уравнение Ван-дер-Ваальса: (P+a/V_m²)*(V_m-b)=R*T – учитывает силы межмолекулярного вз-ия, а внут-я энергия U становится функцией и Т и V, где Р – давлеие, V_m – молярный объем, Т – абсолютная температура, R – газовая постоянная, а=(Па*м⁶/моль²) – поправка притяжения, b=(м²/моль) – объем молекул газа.

Внутренняя энергия: U_М=С_V*Т-a/V_М; U=ʋ*С_V*Т-a’/V.

20. Второе и третье начало термодинамики.

Второе начало термодинамики – физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю.

Третье начало термодинамики (теорема Нернста) — физический принцип, определяющий поведение энтропии при приближении температуры к абсолютному нулю. Является одним из постулатов термодинамики, принимаемым на основе обобщения значительного количества экспериментальных данных.

Из третьего начала термодинамики следует, что абсолютного нуля температуры нельзя достичь ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, к нему можно лишь асимптотически приближаться, поэтому третье начало термодинамики иногда формулируют как принцип недостижимости абсолютного нуля температуры.