Вопросы к разделу 4 «Процессы в газах»
Что называется количеством тепла?
За счет чего совершается работа при расширении, если тело не получает извне никакой энергии?
Запишите первое начало термодинамики.
Какой общий закон природы выражает первое начало термодинамики?
Запишите соотношение, получаемое из первого начала термодинамики для изохорного процесса. Дайте словесную формулировку.
Запишите соотношение, получаемое из первого начала термодинамики для изобарического процесса. Дайте словесную формулировку.
Запишите соотношение, получаемое из первого начала термодинамики для изотермического процесса. Дайте словесную формулировку.
Какой процесс называется адиабатическим?
Запишите первое начало термодинамики для адиабатического процесса.
Запишите уравнение адиабаты идеального газа в координатах T, V.
Запишите уравнение адиабаты идеального газа в координатах P, V (уравнение Пуассона).
Что называется показателем адиабаты?
Изобразите график адиабаты и изотермы на одной картинке в координатах P, V.
Перечислите оборудование для опыта 4.1 «Адиабатическое расширение».
Сформулируйте вывод из опыта 4.1 «Адиабатическое расширение».
Перечислите оборудование для опыта 4.2 «Адиабатическое сжатие».
Сформулируйте вывод из опыта 4.2 «Адиабатическое сжатие».
Какой процесс называется политропным?
Запишите уравнение политропы для идеального газа в координатах Т, V.
Запишите формулу для показателя политропы.
Перечислите оборудование для опыта 4.3 «Изобарный процесс».
Сформулируйте вывод из опыта 4.3 «Изобарный процесс».
Перечислите оборудование для опыта 4.4 «Изотермический процесс».
Сформулируйте вывод из опыта 4.4 «Изотермический процесс».
Перечислите оборудование для опыта 4.5 «Изохорический процесс».
Сформулируйте вывод из опыта 4.5 «Изохорический процесс».
Что называется рабочим телом?
Какой процесс называется круговым (циклом)?
Какой цикл называется прямым?
Какой цикл называется обратным?
Какая тепловая машина называется идеальной?
Какой круговой процесс называется циклом Карно?
Дайте определение КПД тепловой машины.
Чему равен КПД цикла Карно идеальной тепловой машины?
5. Второй закон термодинамики
5.1 Содержание второго закона
Второе начало предсказывает, с какой вероятностью процесс пойдет в ту или иную сторону, и этот статистический подход тем обоснованнее, чем больше частиц в термодинамической системе.
Второй закон устанавливает направление течения и характер процессов, происходящих в природе. Рассмотрим несколько определений этого закона, данных различными учеными.
1. Немецкий физик-теоретик Клаузиус 1850г. в труде “Механическая теория тепла”:
Теплота не может произвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому. |
Такой процесс может происходить лишь при соответствующих затратах работы внешнего источника (холодильная машина).
2. Немецкий физик-теоретик Планк (физический смысл второго закона):
Невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу. |
Это можно рассмотреть на примере: пусть происходит изотермическое расширение.
Рис.45.
Все полученное рабочим телом тепло Q1 превращается в работу A. Но это не конечный результат, т. к. изменился объем V рабочего тела, а, следовательно, чтобы вернуть газ в исходное состояние (совершить цикл) по циклу Карно должен быть совершен процесс, согласно которому:
.
Отсюда следует, что Qx = 0, лишь при условии Tx = 0, чего быть не может.
Рис.46.
Отсюда также следует, что чем больше (Tн – Tx), тем η больше, η реальных тепловых машин не превышает 0,4 – 0,5.
3. Французский инженер Карно (как следствие):
η идеальной тепловой машины определяется только температурами Tн и Tx. |
4. Английский физик Кельвин:
Невозможно построить тепловую машину, которая превращала бы в работу теплоту наиболее холодного из имеющихся в системе тел. |
Используя процессы, запрещенные этой формулировкой, можно было бы построить машину – вечный двигатель (perpetum mobile) второго рода, т.е. эта машина создавала бы работу из ничего, без затраты энергии.