45. Применение первого начала термодинамики к анализу основных термодинамических процессов.

1) Изохорный процесс (V=const).

1 2 – изохорное нагревание. 34 – изохорное остывание.

Вся теплота, сообщенная газу при изохорном процессе идет на увеличение его внутренней энергии.

2 ) Изобарный процесс (p=const).

12 – изобарное нагревание

Из этой формулы вытекает физ. смысл универсальной газовой постоянной: Она численно равна работе изобарного расширения 1 моля ИГ при нагревании на 1 К.

3) Изотермический процесс (T=const).

Все сообщенное системе количество теплоты идет на совершение работы против внешних сил.

Следовательно, чтобы при расширении газа температура не понижалась, газу в течение изотермического процесса нужно подавать Q, эквивалентное работе расширения.

4) Адиабатический процесс.

Рассматриваемые процессы имеют одну общую особенность – они проходят при одинаковой теплоемкости. Процесс, при котором теплоемкость постоянна, называют политропным. Исходя из первого начала термодинамики при условии постоянства теплоемкости можно вывести уравнение политропы.

46. Тепловая машина. Термический коэффициент полезного действия. Второе начало термодинамики.

Процесс, при котором ТД система может вернуться в исходное состояние, пройдя при этом через состояние, что и в прямом направлении называется обратимым. При этом в окружающей среде не происходит изменений. Процесс, не удовлетворяющий этим условиям, называется необратимым. Например, падение камня на землю - необратимый процесс, колебание маятника без учета сил сопротивления – обратимый.

Работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой. Если , если

Е сли за цикл совершается положительная работа (цикл проходит по часовой стрелке), то он называется прямым. Если A<0 (против часовой стрелки) – обратным. Прямой цикл используется в тепловых двигателях.

Тепловой двигатель (тепловая машина) – это периодически действующее устройство, совершающее работу за счет полученной теплоты.

Основные части теплового двигателя: 1)нагреватель (теплоотдатчик) 2) рабочее тело 3) холодильник (теплоприемник). Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил, теплота переносится к телу с более высокой температурой. При циклическом процессе конечное состояние совпадает с начальным, т.е. .

Т.к. внутренняя энергия является функцией состояния, тогда 1-ое начало для кругового процесса будет выглядеть: , т.е. работа, совершенная за цикл (полезная работа) равна кол-ву полученной извне теплоты. Однако, в результате кругового процесса, система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому , где - кол-во теплоты, полученное системой, - кол-во теплоты, отданное системой.

Термическим КПД для кругового процесса

Простейшим примером рабочего тела – газ в цилиндре под поршнем.

От нагревателя с более высокой температурой T₁ за цикл отбирается кол-во теплоты Q₁. (происходит расширение газа). А холодильнику с более низкой температурой T₂ за цикл передается кол-во теплоты Q₂. Происходит сжатие газа. При этом .

Процесс, обратный происходящему в тепловых двигателях, используется в холодильных машинах. Системой за цикл от холодильника с более низкой температурой T₂ отбирается кол-во теплоты Q₂ и отдается за цикл нагревателю с более высокой температурой T₁ кол-во теплоты Q₁: . Внешние силы совершают работу над системой.

2-ое начало ТД определяет направление процесса, происходящего в природе. и связано с превращением энергии. Существует несколько формулировок:

1) Теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому без одновременных изменений в этих телах или окружающей среде.

1’) Без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать более нагретому.

2) Невозможен такой физический процесс, результатом которого было бы совершение работы за счет охлаждения какого-либо тела без каких-либо изменений в пространстве.

Т.о. 2-ое начало ТД утверждает невозможность построения вечного двигателя 2-го рода, т.е. двигателя, работающего за счет охлаждения одного источника теплоты и превращающего это тепло полностью в работу