Тема: основные термодинамические процессы
Термодинамическим процессом называется переход системы из одного состояния в другое, сопровождающийся изменением параметров состояния.
Основные процессы:
- изобарный;
- изохорный;
- изотермический;
- адиабатный;
- политропный.
Изобарный поцесс
Полный анализ каждого процесса состоит из следующих 9 пунктов:
1) Уравнение процесса - p=const
2) Связь параметров
3) График в PV-координатах
4) Изменение внутренней энергии
5) Изменение энтальпии
6) Работа изменения объема
,
7) Количество подведенного или отведенного тепла.
,
8) Изменение энтропии
9) График в TS-координатах
Изохорный процесс
Анализ проводим в той же последовательности, что и предыдущий процесс.
1) v=const
2)
3)
4)
5)
6)
;
7)
;
8)
9)
Изотермический процесс
1) T=const pv=const
2)
pv=const
3)
4)
5)
6)
7)
(для идеального
газа)
8)
9)
(универсальная)
Адиабатный процесс
Адиабатный - это процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой.
1)
Для вывода 2-ой математической записи уравнения адиабатного процесса воспользуемся 1-ым законом т/д.
2) Связь параметров
m
– любое состояние
Для получения остальных зависимостей воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона:
;
3)
4) du = аналогично изохорному процессу.
5) Аналогично изохорному процессу.
6)
В адиабатном процессе работа совершается за счет убыли внутренней энергии.
7) q=0
8)
;
S=const
и поэтому адиабатный процесс называется
изоэнтропным процессом.
9)
Политропный процесс
Политропным называется процесс, протекающий при постоянной теплоемкости.
1)
;
Для вывода 2-ой математической записи воспользуемся 2-ым законом т/д.
Интегрирование
производится также, как и для адиабатного
процесса и аналогии с адиабатным
процессом уравнение имеет вид :
2)
3) Величина
n может изменяться от
0 до
n=0 p=const
n=1 T=const
n=k q=0 (S=const)
n= v=const
4) Аналогично адиабатному процессу.
5) Аналогично адиабатному процессу.
6) По аналогии с адиабатным процессом:
7)
- теплоемкость
газа в политропном процессе
8)
9)
Тема: второй закон термодинамики
1-ый закон термодинамики устанавливает лишь количественные соотношения между теплотой и работой, не указывая при этом направленности самопроизвольных термодинамических процессов и на принципиальные различия между теплотой и работой.
Из практики известно, что самопроизвольно теплота может переходить только от тел более нагретых к телам менее нагретым.
Обратный процесс также возможен, но для его реализации необходимо подвести энергию извне.
Эта энергия, подведенная извне, как бы “компенсирует” протекание несамопроизвольного термодинамического процесса.
Клаузиус сформулировал следующим образом 2-ой закон термодинамики:
Самопроизвольно теплота может переходить только от тел более нагретых к телам, менее нагретым или нескомпенсированный перенос теплоты от менее нагретых тел к более нагретым невозможен.
Теплота и работа, как два вида энергии, принципиально отличаются друг от друга. Работа всегда при полном объеме тела или иным способом может быть превращена в теплоту (например, путем трением).
Обратный процесс, осуществляемый в тепловых машинах, называемых тепловыми двигателями, имеет свои особенности.
В основе работы любой тепловой машины лежит тепловой процесс или цикл.
Работа совершается в процессе расширения газа 1m2. В соответствии с диаграммой TS этот процесс протекает с увеличением энтропии, а, следовательно, для его протекания должна быть подведена теплота q1.
В постоянно действующем тепловом двигателе для многократного повторения процесса 1m2 необходимо возвращение рабочего тела в исходную точку, т.е. необходима реализация процесса сжатия 2n1, который сопровождается отводом теплоты q2.
Таким образом, схема теплового двигателя имеет следующий вид:
Эффективность работы любой тепловой машины может быть оценена с помощью термического коэффициента полезного действия (КПД), который представляет собой отношение полезной работы полученной в цикле к затраченной.
Освальд сформулировал 2-й закон термодинамики: ”Невозможно создать вечный двигатель второго рода, т.е. тепловую машину с КПД=1”.
Планк: ”Невозможно создать постоянно действующую тепловую машину, единственным результатом работы было бы охлаждение горячего источника и поднятие груза”. (другими словами – невозможно создать тепловую машину, имеющую один источник тепла).