3. Сформулируйте первый закон термодинамики и приведите его аналитические выражения. Что понимается под вечным двигателем первого рода?
Первый закон термодинамики - частный случай всеобщего сохранения энергии: энергия не исчезает и не создаётся вновь, она лишь может переходить от одного тела к другому или превращаться из одного вида в другой в равных количествах.
Теплота, подводимая к рабочему телу, затрачивается на изменение его внутренней энергии и совершение им работы. ΔU=U2-U1=Q-L
Для элементарного терм процесса:
dQ=dU+dL для 1 кг: dq=du+dl
q=Δu+l=Cv(T2-T1)+
Невозможно в каком-либо механизме периодически получать работу, не подводя энергию извне. Вечный двигатель первого рода невозможен. Вечный двигатель первого рода - гипотетический двигатель, способный производить работу, не получая энергию извне.
Теплота, подведённая к рабочему телу, расходуется на увеличение его энтальпии и располагаемой работы.
dq=dh+dlо;
q=Cp(T2-T1)-
4. Поясните, что понимается под равновесным состоянием. Какие процессы называются обратимыми? Какие условия осуществления обратимых процессов?
Состояние термодинамической системы равновесное, если каждый из параметров состояния имеет одинаковые численные значения во всех точках системы. Процесс, при котором система проходит через равновесные состояния - равновесный.
Обратимый процесс - процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причём при возвращении в первоначальное состояние система проходит все равновесные состояния прямого процесса, но в обратном порядке.
Условия обратимости процесса:
- бесконечно медленное его прохождение при бесконечно малой разности давлений термодинамической системы и окружающей среды.
- теплообмен между термодинамической системой и окружающей средой при бесконечно малой разности температур.
5. Рассмотрите работу расширения и работу против внешних сил при обратимом и необратимом процессах.
В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается в виде замкнутых кривых. В любой диаграмме два тождественных состояния (начало и конец кругового процесса) изображаются одной и той же точкой на плоскости.
Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (1 – 2) и сжатия (2 – 1) газа. Работа расширения (определяется площадью фигуры 1a2V2V11) положительна (dv>0). Работа, совершаемая за цикл, определяется площадью, охваченной замкнутой кривой.
Если к рабочему телу подвести какое-то количество теплоты dq от источника с температурой Т1, то тело при расширении совершит работу dl против внешних сил. В равновесном процессе температура рабочего тела Т будет равна температуре источника, т. е. Т=Т1, и при расширении тела нет ни внутреннего ни внешнего трения. Работа расширения равна dlравнов. = Pdυ и изменение энтропии dsравнов = dq/T.
В неравновесном процессе, имеет место внутреннее или внешнее трение, то совершаемая работа против сил трения, будет меньше на величину затраченной работы на преодоление трения и переходит в теплоту трения dqтр.
Рабочее тело воспринимает эту теплоту вместе с подведенной теплотой, в результате энтропия возрастает в неравновесном процессе по сравнению с равновесным, хотя к рабочему телу было подведено от источника теплоты одинаковое количество кол-во теплоты dq.
6. T-S диаграмма. Определение теплоты, изменения внутренней энергии, изменения энтальпии, работы, технической работы (располагаемой энергии) с использованием T-S диаграммы.
Особенностью Т-S координат является то, что площадь под линией процесса соответствует количеству энергии отданной или полученной рабочим телом.
Т - S диаграмма цикла Карно
На данной диаграмме представлен некий замкнутый цикл. Система последовательно
переходит из точки 1 в 2 затем 3, 4 и снова в 1. Из графика видно что процесс 1 2-изотермический (происходит при Т1) и процесс 3 4 также изотермический (происходит при T2)
Процессы 23 и 41 -адиабатные. Поскольку в них не происходит изменение энтропии то dS =0 следовательно dQ = 0 или Q = const.
Количество тепла подводимое к системе:
Q1 = T1 *(S2-S1) площадь прямоугольника
1-2-S2-S1-1
Количество тепла отдаваемое системой:
Q2 = T2 (S2-S1) площадь прямоугольника
3-S2-S1-4-3
Работа цикла L = Q1- Q2
К.П.Д цикла ᵑ=(Q1-Q2)/Q1