2. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно и его кпд. Второе начало термодинамики

Обратимые и необратимые процессы

Обратимый процесс отвечает следующим условиям:

– его одинаково легко провести в двух направлениях (прямом и обратном)

– термодинамическая система при этом последовательно проходит через одни и те же промежуточные состояния

– при проведении прямого и обратного процесса не происходит изменений ни в самой термодинамической система, ни в окружающей его среде.

Идеальные процессы – изотермический, изобарический, изохорный, адиабатный – обратимы. Обратимые процессы – это абстракция идеальных реальных процессов, происходящих в природе.

Все реальные процессы в природе и технике необратимы, протекают с конечной скоростью ( , т. е. меньше скорости света c), сопровождаются трением, диффузией и невосполнимо потерей энергии на нагревание окружающей среды.

Понятие о втором начале термодинамики

Первое начало термодинамики не противоречит обратимости любого реального процесса при выполнении закона сохранения и превращения энергии.

Второе начало термодинамики дополняет первое, определяя направленность реальных процессов и подчёркивая их односторонность. Оно имеет ряд формулировок, различных по форме, но эквивалентных по содержанию.

Круговой процесс – процесс, при котором система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное.

Кельвин: Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого являются превращение теплоты, полученной от нагревателя в эквивалентную ей работу.

Клаузиус: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Принцип работы тепловых двигателей

Цикл работы теплового двигателя включает:

1. передача энергии от нагревателя к рабочему телу

2. расширение рабочего тела и совершение работы

3. передача неиспользованной энергии к холодильнику и возвращение системы в исходное состояние.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя определяют как отношение совершённой двигателем работы к количеству тепла, полученному от нагревателя:

Ц икл Карно

Французский инженер Сади Карно, изучая обратимые циклические процессы, установил, что наиболее эффективный (обладающий максимальным КПД) цикл работы теплового двигателя (цикл Карно) состоит в:

1 – 2: изотермическое расширение

2 – 3: адиабатное расширение с понижением температуры

3 – 4: изотермическое сжатие

4 – 1: адиабатное сжатие с повышением температуры

КПД теплового двигателя работающего по циклу Карно определяется следующим образом:

Раздел III. Электрическое поле в вакууме

1. Электрический заряд и его свойства. Взаимодействие зарядов. Напряжённость электростатического поля. Принцип суперпозиции. Расчёт электростатических полей

Электростатика

Электростатика – раздел физики, в котором изучаются взаимодействие и условия равновесия неподвижных электрических зарядов относительно ИСО.

Электрический заряд – это физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Свойства электрического заряда:

1. инвариантность, т.е. заряд тела не зависит от скорости заряженного тела;

2. аддитивность, т.е. заряд системы равен сумме зарядов отдельных ее частей;

3. заряд любого тела кратен элементарному заряду.

Распределение заряда характеризуется следующим образом:

1. Объемная плотность

– в случае равномерного распределения заряда

– в случае неравномерного распределения заряда

2. Поверхностная плотность заряда

– в случае равномерного распределения заряда (заряд на единице площади поверхности)

– в случае неравномерного распределения заряда

3. Линейная плотность заряда

– в случае равномерного распределения заряда (заряд не единице длины)

– в случае неравномерного распределения заряда

Взаимодействие заряженных тел

Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

– единичный вектор

Особенности сил кулоновского взаимодействия:

1. они центральны, т. е. направлены вдоль прямой, соединяющей заряды;

2. являются силами притяжения в случае разноименных зарядов и силами отталкивания в случае одноименных зарядов;

3. эти силы консервативны, т. е. работа не зависит от формы пути;

4. зависят от среды, в которой происходит взаимодействие:

– относительная диэлектрическая проницаемость среды

Если взаимодействуют несколько точечных зарядов, то сила, действующая на каждый из них, определяется принципом суперпозиции:

если в системе N зарядов, то

Напряженность электрического поля

Вокруг любого заряженного тела существует электрическое поле, посредством которого происходит взаимодействие электрических зарядов. Обнаруживается электрическое поле по действию на внесенные в него заряженные тела. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность.

Напряженность – это векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, внесенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Напряженность поля созданного точечным зарядом

Принцип суперпозиции:

Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность результирующего поля в данной точке определяется принципом суперпозиции, т.е. равна векторной сумме напряженностей, созданных каждым зарядом в отдельности в данной точке поля.