Тема 2. Первый и второй законы термодинамики

Первый закон термодинамики устанавливает количественные соотношения между теплотой и работой и является частным случаем общего закона природы, закона сохранения и превращения энергии.

Дифференциальные уравнения первого закона для 1 кг рабочего тела имеют вид:

(4)

(5)

Подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение внешней работы (формула 4).

q – удельная теплота, КДж/кг;

l – удельная работа изменения объема, КДж/кг;

l´ - удельная располагаемая работа, КДж/кг;

U и i – соответственно удельная внутренняя энергия и энтальпия, КДж/кг;

Ср и Сυ – изобарная и изохорная удельные массовые теплоемкости, КДж/(кг·К).

Сущность второго закона (формулировка Томсона и Клаузиуса): «Не вся теплота, полученная от тепоотдатчика, может перейти в работу, а только некоторая ее часть. Часть теплоты должна перейти в теплоприемник (Томсон).» «Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама собой даровым процессом (без компенсации).

Следовательно «осуществление вечного двигателя второго рода невозможно» (Освальд). Под вечным двигателем второго рода подразумевается такой двигатель, который способен полностью превращать в работу всю теплоту, полученную только от одного источника.

Тема 3. Термодинамические процессы.

1. Изохорный процесс. Процесс, протекающий при постоянном объеме называется изохорным. υ=const. Линия в диаграммах называется изохорой (справедлив закон Шарля). P₂/P₁ = Т₂/Т₁; Р/T = const.

В изохорном процессе работа изменения объема равна нулю. , тогда или .

2. Изобарный процесс. Процесс, протекающий при постоянном давлении называется изобарным. P=const. Линия в диаграммах называется изобарой (справедлив закон Гей-Люссака) P = const; υ₂/υ₁ = T₂/T₁; υ/T = const. В изобарном процессе располагаемая работа равна нулю.

, тогда или

3. Изотермный процесс. Процесс, протекающий при постоянной температуре называется изотермным. T=const. Линия в диаграммах называется изотермой (справедлив закон Бойля-Мариотта).

T=const; P₂/P₁ = υ₁/υ₂, P₁υ₁ = P₂υ₂; Pυ = const.

В изотермном процессе изменения внутренней энергии и энтальпии равны 0 . Следовательно, из уравнения первого закона термодинамики следует ; , то есть количество теплоты, работа изменения объема и располагаемая работа численно равны.

4. Адиабатный процесс. Процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой (т.е. к системе теплота не подводится и от системы теплота не отводится) dq=0. Тогда из уравнения первого закона следует dU+dl=0; dU=-dl или

;

Уравнение адиабатного процесса

- показатель адиабаты.

; ;

;

;

5. Политропные процессы. Процесс, протекающий при постоянной теплоемкости, называется политропным. Уравнение политропного процесса . n – показатель политропы. Изохорный (n=± ), изобарный (n=0), изотермный (n=1), адиабатный (n=k) процессы являются частным случаем политропного процесса, если они протекают при постоянной теплоемкости. Для политропного процесса справедливы вышеприведенные формулы для адиабатного процесса при замене показателя адиабаты “k” на показатель политропы “n”.

(6)