готовые шпоры на 2ой семестр по физике / 32 вопрос

32

Для описания термодинамических процессов перового начала термодинамики недостаточно. Выражая закон сохранения и превращения энергии, первое начало термодинамики не позволяет определить направление протекания процессов в природе.

Рассмотрим схему теплового двигателя (рис. 21). От термостата с более высокой температурой T₁, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q₁, а термостату с более низкой температурой T₂, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q₂ и совершается работа A = Q₁ - Q₂ .

Для того чтобы термический коэффициент полезного действия тепловой машины =1, необходимо, чтобы Q₂ = 0, т.е. тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты, а это невозможно. Невозможность создания теплового двигателя, работающего только с одним источником теплоты (вечный двигатель второго рода), составляет содержание второго начала термодинамики в формулировке Кельвина–Планка: 1) вечный двигатель второго рода невозможен; 2) невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

Рис. 21 Рис. 22

Процесс, обратный рассмотренному в тепловом двигателе, используется в холодильной машин, принцип действия которой представлен на рис. 22

Системой за цикл поглощается при низкой температуре T₂ количество теплоты Q₂ и отдается при более высокой температуре T₁ количество теплоты Q₁. Для кругового процесса Q = A, но по условию Q = Q₁ - Q₂ < 0, поэтому A < 0 и Q₂ - Q₁ = -A или Q₁= Q₂ + A, т.е. количество теплоты Q₁, отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре Т₁, больше количества теплоты Q₂, полученного при более низкой температуре Т₂ на величину работы, совершенной над системой. Следовательно, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать более нагретому телу.

Это утверждение составляет содержание второго начала термодинамики в формулировке Клаузиуса: теплота никогда не может переходить сама собой от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой.

.