4.2. Формулировка 2-го закона термодинамики.

Из первого закона термодинамики следует, что превращения теплоты в механическую энергию и наоборот механической в теплоту в двигателе должно осуществляться в строго эквивалентных количествах. Двигатель, который позволял бы получать работу без затрат энергии называется вечным двигателем 1-го рода. Разумеется такой двигатель создать невозможно. Первый закон термодинамики может быть сформулирован так: вечный двигатель 1-го рода невозможен. В 1755 году Французская Академия наук прекратила приём заявок на рассмотрение проектов вечного двигателя. Можно целиком механическую работу превратить в теплоту, но теплоту целиком превратить в работу не удавалось никому. Это противоречило бы 2-му закону термодинамики. Рассмотрим представленную схему, на которой дана термодинамическая картина теплового двигателя.

Из опыта установлено, что все тепловые двигатели должны иметь горячий источник теплоты, рабочее тело, совершающее замкнутый круговой процесс – цикл, и холодный источник теплоты.

В современных двигателях горячий источник - химическая реакция горения топлива, холодный источник – окружающая среда (атмосфера). Рабочие тела – это газы пары. Для представленной схемы в соответствии с 1 законом термодинамики запишем:

- интеграл по контуру 1В2А1. u – функция состояния системы и при возвращении системы в исходное состояние внутренняя энергия принимает то же значение соответственно теперь мы можем написать:

Отношение количества работы, выполненной в термодинамическом цикле, к количеству теплоты, подведённой в этом цикле от горячего источника, называется термическим к.п.д. цикла:

Тепловой двигатель без холодного источника теплоты, т.е. двигатель, полностью превращающий теплоту, подведённую в цикле, в работу, называется вечным двигателем 2-го рода. Отсюда ещё одна формулировка 2-го закона :

-вечный двигатель 2-го рода невозможен. Приведём формулировку Томсона (1851 г.):

-«невозможна периодически действующая тепловая машина, единственным результатом действия которой было бы получение работы за счёт отнятия тепла от некоторого источника.»

ЛЕКЦИЯ №5

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ДЛЯ ИДЕАЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХГАЗОВ.

ГАЗОВЫЕ ПОСТОЯННЫЕ. ТЕПЛОЁМКОСТЬ,

ФОРМУЛА МАЙЕРА.

5.1 Идеальные газы.

Согласно закону Бойля-Мариотта произведение удельного объёма на давление величина const в изотермическом процессе:

Таково уравнение состояния для идеальных газов при t=const. В опытах была установлена взаимосвязь трёх параметров f(p, v, T)=0. Такая зависимость обусловлена тем, что величина каждого из параметров определяется положением и скоростью движения молекул, а они в свою очередь для каждого отдельного состояния имеют вполне определённые значения.

Возможна для уравнений состояния и такая форма записи:

Очевидно, из трёх независимыми являются два параметра.

В термодинамике все газы, обладающие такими же свойствами, как система невзаимодействующих материальных точек, называются идеальными. К таким газам близки и реальные при низких давлениях.

Из классической механики известны соотношения:

,ми

,

Величину Nk постоянную для 1кг газа обозначим R, тогда выражение (5.3) запишем в виде:

Это уравнение впервые было получено в 1834 году французским учёным Клапейроном. Для массы газа М:

если это выражение отнести к 1киломолю газа, то выражение (5.4) будет иметь вид:

Это выражение получено Д.И. Менделеевым, выражение универсальная газовая постоянная, согласно закону Авогадро (в 1киломоле идеального газа N= молекул) 1811 г. 1моль вещества при нормальных условиях занимает 22,4146 , отсюда получим:

Газовая постоянная 1кг любого газа может быть определена из выражения: