22. Механічний еквівалент теплоти. Перше начало термодинаміки…………

Механічний еквівалент теплоти, кількість роботи, еквівалентна одиниці кількості переданої в процесі теплообміну теплоти ( калорії або кілокалорії). Поняття М. е. т. виникло у зв'язку з тим, що історично механічну роботу і кількість теплоти вимірювали в різних одиницях. Зі встановленням еквівалентності механічної роботи і теплоти (Ю. Р. Майєр, 1842, див.(дивися) Енергії збереження закон ) були здійснені ретельні виміри М. е. т. (Дж. Джоуль в 1843—78, шведський учений Е. Едмунд в 1865, американський фізик Г. Роуланд в 1879 і ін.). Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем. Пе́рший зако́н термодина́міки — одне з основних положень термодинаміки, є, по суті, законом збереження енергії у застосуванні до термодинамічних процесів. Перший закон термодинаміки сформульований в середині 19 століття в результаті робіт Саді Карно, Юліуса фон Маєра, Джеймса Прескотта Джоуля іГермана фон Гельмгольца. Зміна внутрішньої енергії закритої системи, яка відбувається в рівноважному процесі переходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: ΔU = A' + Q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (Назвемо її просто А) A=-A', тоді закон приймає вигляд:

.

Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Для елементарної кількості теплоти δQ; елементарної роботи δA і малої зміни dU внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд:

 Изохорный процесс. При изохорном процессе объем газа не меняется, и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии газа согласно уравнению (13.11) равно количеству переданной ему теплоты:

  Изотермический процесс. При изотермическом процессе (T=const) внутренняя энергия идеального газа (см. формулу (13.1)) не меняется. Согласно формуле (13.11) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы:

   Если газ получает тепло  , то он совершает положительную работу  . 

   Изобарный процесс. При изобарном процессе согласно формуле (13.11) передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении:

   Адиабатный процесс. Рассмотрим теперь процесс, протекающий в системе, которая не обменивается теплом с окружающими телами. Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.    При адиабатном процессе Q=0 и согласно уравнению (13.10) изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы:

23. Оборотні та необоротні процеси. Цикли. Цикл карно. Другий закон

. Можливість та умови протікання самого процесу, межу та напрямок процесу встановлює другий закон термодинаміки:

• Перше формулювання (Клазіус, 1850р): неможливий процес, при якому теплота самочинно переходить від тіла з меншою температурою до тіла з більшою температурою.

• Друге формулювання (Томсон, 1851 р): неможливий коловий процес, єдиним результатом якого є виконання роботи за рахунок зменшення вн. енергії теплового резервуару.

• Трете формулювання (Освальд, 1901 р): вічний двигун другого роду неможливий( який би перетворював у роботу всю теплоту)

• Коловий процесом або циклом називають процес, в результаті якого робоче тіло повертається до свого початкового стану. Такі цикли бувають прямі та зворотні.

• Прямий цикл. В прямих циклах теплота завжди перетворюється в роботу.

• В прямих циклах лінія розширення робочого тіла 1А2 розташована вище за лінію стискання робочого тіла 2В1.

• Економічність роботи такого циклу визначають за коефіцієнтом корисної дії , тобто ККД

• η _t = (q₁-q₂)/q₁ = l/ q₁

• Зворотній цикл. – це цикл на виконання якого витрачається робота. За зворотнім циклом працюють всі холодильні установки.

• В таких циклах лінія розширення робочого тіла 1В2 розташована нижче за лінію стискання робочого тіла 2А1. Чисельне значення роботи є від’ємним.

• Економічність роботи такого циклу визначають за холодильним коефіцієнтом

• ε = q₂ / (q₁-q₂) = q₂/ l

Цикл Карно – найбільш ефективний коловий процес із усіх можливих при заданих температурах нагрівача та холодильника: h_карно=h_макс

С. Карно виразив ККД даного циклу через температури нагрівача Т₁ і холодильника Т₂:

Із рівняння видно, що збільшення ефективності теплових машин пов’язано із збільшенням температури нагрівача Т₁ і зменшенням температури холодильника Т₂.