Fizicheskaya_termodinamika

21

Холодильный коэффициент холодильной машины определяют как отношение отведённого от охлаждаемого тела количества теплоты к затраченной для этого механической работе А* :

Холодильный коэффициент холодильной машины в отличие от КПД тепловой машины может быть как больше, так и меньше единицы.

Холодильная машина может использоваться не только для охлаждения различных предметов, но и как тепловой насос для отопления помещений. В этом случае тепловым резервуаром является обогреваемое помещение, а теплота QОХЛ отводится из менее нагретой окружающей среды. Термодинамические циклы холодильной машины и теплового насоса совпадают.

КПД теплового насоса определяют как отношение полученного нагреваемым помещением количества теплоты к затраченной для этого механической работе:

Видно, что КПД теплового насоса обязательно должен быть больше единицы.

Преимущество теплового насоса по сравнению с обычным электрическим нагревателем заключается в том, что на нагрев помещений используется не только преобразованная в теплоту электроэнергия, но и теплота, отобранная от окружающей среды.

Второе начало термодинамики

Второе начало определяет условия превращения одних видов энергии в другие, а также возможные направления протекания процессов. Не все процессы, разрешённые первым началом, возможны.

Существует несколько формулировок второго начала.

1.Клаузиус: невозможен самопроизвольный переход тепла от менее к более нагретому телу, или невозможны процессы, единственным конечным результатом которых был бы переход тепла от менее к более нагретому телу.

2.У.Томсон (лорд Кельвин): невозможны процессы, единственным

конечным результатом которых было бы превращение тепла целиком в работу.

Из второго начала термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя второго рода, принцип действия которого основан на полном преобразовании теплоты в работу.

23

Для холодильной машины и теплового насоса, работающих по циклу Карно на идеальном газе, имеем

Тепловую машину, работающую по циклу Карно, называют идеальной тепловой машиной, так как в ней достигается максимально возможный КПД при заданном перепаде температур между нагревателем и холодильником.

На практике построить идеальную тепловую машину невозможно. Если процессы считать строго изотермическими, то при их протекании рабочее тело не должно нагреваться от нагревателя и охлаждаться холодильником.

Теоремы Карно:

1. КПД любой тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела и устройства машины, а является функцией только температур нагревателя и холодильника.

2.КПД любой тепловой машины, работающей по необратимому циклу, меньше КПД тепловой машины с обратимым циклом Карно при условии равенства температур их нагревателей и холодильников:

НЕОБР ОБР .

Вторую теорему Карно можно обосновать тем, что при необратимом круговом процессе неизбежно произойдёт преобразование части работы в теплоту вследствие происходящих внутри машины диссипативных процессов.

Неравенство Клаузиуса

Совместное применение первой и второй теорем Карно позволяет получить следующее неравенство:

27

Количество теплоты QDE, сообщаемое системе в процессе DE, равно площади фигуры SDDESE:

E SE

QDE Q TdS .

D SD

На T – S диаграмме можно построить линии четырёх простейших процессов для идеального газа:

(0-1) – изотермическое расширение (dS>0); (0-1/) – изотермическое сжатие (dS<0);

(0-2) – адиабатическое сжатие (dT>0); (0-2/) – адиабатическое расширение (dT<0);

(0-3) – изохорное нагревание (dS>0, dT>0); (0-3/) – изохорное охлаждение (dS<0, dT<0);

(0-4) – изобарное расширение (dS>0, dT>0); (0-4/) – изобарное сжатие (dS<0, dT<0).

По T – S диаграмме легко определять КПД тепловой машины.

Т1 = ТН и Т2 = ТХ .

28

Лекция 14

Статистическое описание равновесных состояний

При рассмотрении основного уравнения МКТ принималось, что молекулы имеют различные скорости теплового движения. Если даже предположить, что в какой-то момент времени скорости всех молекул одинаковы по модулю и различны только по направлению, то соударения между молекулами приведут к изменению их скоростей и нарушению равенства скоростей по модулю.

Закон распределения по скоростям теплового движения молекул газа, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, впервые был найден Максвеллом и называется

распределением Максвелла.

Для получения этого распределения вводится трёхмерное пространство скоростей, в котором по взаимно ортогональным осям координат отложены

компоненты x ; y ; z скоростей молекул.

Пусть dN – число молекул в единице объёма газа, модули скоростей которых заключены в пределах от υ до (υ +dυ).

Очевидно, что концы векторов скоростей этих молекул должны лежать в пространстве скоростей внутри шарового слоя, имеющего объём

пропорционально как числу N0 молекул в единице объёма газа, так и объёму dV шарового слоя и ещё должно зависеть от модуля скорости , как какая-то функция f ( ) . Таким образом

F( ) 4 2 f ( ) .

скоростей которых находятся в шаровом слое единичной толщины, а произведение