24. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. Необратимость тепловых процессов. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. Кпд тепловых двигателей.

Первое начало термодинамики - один из трех основных законов термодинамики, представляющий собой закон сохранения энергии для систем, в которых существенное значение имеют тепловые процессы.

Согласно первому  началу термодинамики, термодинамическая система (например, пар в тепловой машине) может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии.

Первое начало термодинамики  объясняет невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Сущность первого начала термодинамики заключается в следующем:

При сообщении термодинамической системе некоторого количества теплоты Q в общем случае происходит изменение внутренней энергии системы U и система совершает работу А:

Q = U + AQ = U + A

   Уравнение (1.4), выражающее первое начало термодинамики, является определением изменения внутренней энергии системы (U), так как Q и А — независимо измеряемые величины.

  Внутреннюю энергию системы U можно, в частности, найти, измеряя работу системы в адиабатном процессе (то есть при Q = 0): А_ад = — U, что определяет U с точностью до некоторой аддитивной постоянной U₀:

   U = U + U₀  

  Первое начало термодинамики утверждает, что U является функцией состояния системы, то есть каждое состояние термодинамической системы характеризуется определённым значениемU, независимо от того, каким путём система приведена в данное состояние (в то время как значения Q и А зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы). При исследовании термодинамических свойств физической системы первое начало термодинамики обычно применяется совместно со вторым началом термодинамики.

 Еще в древние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения ее в механическую. В 17 веке был изобретен тепловой двигатель. Энергия топлива переходит в нем сначала в энергию газа или пара, а газ или пар, расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии превращается в механическую. К тепловым двигателям относятся : паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твердое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергия.

 

25. Парообразование и конденсация, испарение.

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а обратный переход – конденсацией.Парообразование может происходить двумя способами : с помощью испарения  и кипения.Испарение – это превращение или переход жидкости в газ (пар) со свободной поверхности жидкости. Испарение обусловлено хаотическим движением молекул  и  происходит только со свободной поверхности, граничащей с газообразной средой. Вылетая из жидкости, молекулы должны преодолеть силы притяжения, действующие со стороны других молекул, т.е. совершить работу выхода.

Факторы, влияющие на скорость испарения:

     1. Строение вещества В первую очередь испарение связано со строением самого вещества. Можно привести следующий пример: возьмём две бумажные салфетки, смочим одну салфетку водой, а другую – эфиром. Можно заметить, что та салфетка, которая смочена эфиром, высохнет гораздо быстрее. Это объясняется тем, что сила взаимодействия между молекулами эфира гораздо меньше, чем сила взаимодействия между молекулами воды. И поэтому испарение происходит у эфира быстрее.

     2. Площадь поверхности Площадь свободной поверхности жидкости играет очень важную роль: если площадь поверхности достаточно большая, то количество частиц, покидающих жидкость, будет, конечно же, больше, и в этом случае испарение будет происходить быстрее. Можно привести такой пример: если в блюдце налить воду и такое же количество воды налить в стакан, то из блюдца испарение будет происходить гораздо быстрее

    3. Температура Ещё одно явление, которое влияет на испарение, – это изменение температуры. Чем температура выше, тем быстрее происходит испарение. То есть, нагревая тело, мы можем увеличивать скорость процесса испарения, ускорять его, или, наоборот, если мы будем понижать температуру, то процесс испарения будет замедляться.Поскольку движение частиц происходит непрерывно, то процесс испарения также непрерывен. Поскольку при любой температуре движение частиц не прекращается, то и испарение может происходить практически при любой температуре. Поэтому испарение происходит даже при низкой температуре. Например, лужи на улице высыхают не только летом, когда жарко, но и осенью, когда холодно .Отличается лишь скорость высыхания луж.

      4. Ветер Следующий фактор, который влияет на испарение, – это наличие ветра. Над поверхностью жидкости образуется газ. Процесс испарения продолжается непрерывно. Но точно так же будет происходить процесс возвращения молекул обратно в жидкость. Если же дует ветер, то он уносит молекулы, которые перешли из жидкости в газ, и не даёт им вернуться обратно в жидкость. В этом случае процесс испарения ускоряется, то есть скорость испарения возрастает.

В быту часто встречается испарение в закрытых сосудах. К примеру, если взять кастрюлю, в которой находится вода, то на поверхности крышки с внутренней стороны образуются капельки воды. 

Кроме испарения существует и обратный ему процесс, который называется конденсацией.

Конденсация – это процесс перехода пара в жидкость. Этот процесс происходит всегда с выделением количества теплоты.

Конденсация происходит так же непрерывно, как и испарение. Точнее, можно сказать, что эти два процесса происходят одновременно, непрерывно.

Подтверждением этого, например, является образование облаков, ведь облака – это сконденсированная жидкость. Выпадение росы или, например, дождь, который идёт, – это всё процессы, которые связаны с конденсацией.