10. Адиабатный и политропный процессы изменения состояния идеального газа.

Адиабатический процесс (изоэнтропийный):

Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

Для того чтобы осуществить такой процесс, следует либо теплоизолировать газ, т. е. поместить его в адиабатную оболочку, либо провести процесс настолько быстро, чтобы изменение температуры газа, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, было пренебрежимо мало по сравнению с изменением температуры, вызванным расширением или сжатием газа. Как правило, это возможно, ибо теплообмен происходит значительно медленнее, чем сжатие или расширение газа.

 

Это и есть уравнения адиабаты идеального газа при постоянном отношении теплоемкостей (k = const). Величина

называется показателем адиабаты. Подставив c_p = c_v-R, получим k. Согласно классической кинетической теории теплоемкость газов не зависит от температуры, поэтому можно считать, что величина k также не зависит от температуры и определяется числом степеней свободы молекулы. Для одноатомного газа k =1,66, для двухатомного k =1,4, для трех- и многоатомных газов k = l,33.

Изображение адиабатного процесса в р, v- и Т, s-координатах

Политропический процесс. Процесс, при котором теплоёмкость газа остаётся постоянной. Политропический процесс – общий случай всех перечисленных выше процессов.

Показатель политропы n может прини­мать любое численное значение в пределах от  , но для данного процесса он является величиной постоянной.

11. Второй закон термодинамики и его значение. Основная формулировка. Циклы. Тепловой двигатель. Рабочее тело. Понятие термического кпд. Источники теплоты

Первый закон термодинамики, как уже сказано, характеризует процессы превращения энергии с к о л и ч е с т в е н н о й стороны. Второй закон термодинамики характеризует к а ч е с т в е н н у ю сторону этих процессов.

Одна из формулировок второго закона термодинамики: теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

Работу нельзя получать за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии. В этом основной смысл второго закона термодинамики.

Популярная формулировка второго закона термодинамики: невозможен вечный двигатель второго рода, т.е. невозможно создать циклически действующую машину, единственным результатом которой было бы совершение механической работы за счет охлаждения теплового резервуара.

Обратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (окружающая среда) могут возвратиться в начальное состояние без того, чтобы в системе и окружающей среде возникали какие-либо остаточные изменения.

Необратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (окружающая среда) не могут возвратиться в начальное состояние без возникновения остаточных изменений в системе или окружающей среде (ОС).

Тепловой двигатель – устройство непрерывного действия, получающее энергию в форме теплоты, которая затем передается окружению в форме работы и, в обязательном порядке, в форме теплоты. Тепловой двигатель содержит три основные части: нагреватель, рабочее тело, холодильник. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.

Необратимый цикл – цикл, в котором хотя бы одна из его частей необратима. Эффективность необратимого цикла оценивается абсолютным внутренним коэффициентом полезного действия (_i), под которым понимается отношение работы, совершенной в прямом необратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя равен отношению работы А`, совершенной двигателем за один цикл, к количеству теплоты Q₁, полученной от нагревателя:

Термическим КПД цикла называют отношение работы цикла к количеству теплоты, подведенной к рабочему телу в цикле. Обозначая термический КПД цикла ηт, получаем в соответствии с этим определением:

Термический КПД цикла характеризует степень совершенства того или иного цикла: чем больше ηт, тем совершеннее цикл; при подводе к рабочему телу одного и того же количества теплоты Q1 в цикле, у которого ηт больше, производится большая работа Lц.

Источник теплоты – ТС, способная отдавать или воспринимать теплоту и характеризующаяся определенной неизменной температурой.

Холодильная машина – устройство непрерывного действия, получающее энергию в форме теплоты и в форме работы, которая затем передается окружению в форме теплоты, при этом температура теплоотдатчика ниже температуры теплоприемника.

Термодинамический цикл, в котором к рабочему телу подводится меньшее количество теплоты и при меньшей температуре, а отводится большее количество теплоты и при более высокой температуре, разность же этих теплот равна затраченной работе.

Холодильный коэффициент (), под которым понимается отношение теплоты, отведенной в обратном термодинамическом цикле от охлаждаемой системы, к работе, затраченной в этом цикле: