Вопрос 34. Обратный цикл Карно. Холодильная машина.

Холодильной машиной называется установка которая в результате совершения работы внешними силами осуществляет передачу внутренней энергии от менее нагретого тела к более нагретому. Количество теплоты которое система получает от холодильника обозначается Q2/ Расширяясь система совершает работу А2. Рабочее вещество при этом переходит из состояния с внутренней энергией U1 в состояние U2. При более высоких температурах после приведения рабочего вещества в тепловой контакт с нагревателем получаем, что совершая работy A1’ рабочее вещество отдает Q1 нагревателю.

1 Н т/д: |Q2|=U2 – U1 + |A2|- при расширении рабочего тела

приведенного в контакт с холодильником.

1 Н т/д: -|Q1| = U1-U2-|A1|- при сжатии тела.

Рабочее тело за цикл совершает отрицательную работу

A=|A2|-|A1|. С другой стороны: A’=-A. A’=|Q1|-|Q2|

За один цикл работы холодильная машина более нагретому телу передает количество теплоты Q1 которое больше количества вещества Q2 взятого у менее нагретого тела на величину работы A’ совершенная внешними силами. Рабочим веществом служит пары легко кипящей жидкости.Роль внешних сил играет компрессор. Для характеристики эффекта холодильного цикла вводится величина равная отношению количества теплоты взятого от менее нагретого тела к работе внешних сил совершенных за цикл. . В отличие от КПД тепловой машины холодильный коэффициент может быть как больше так и меньше единицы. Тепло переданное от холодильника к нагревателю за счет совершения работы внешними силами над рабочим телом. Тогда,. Из формул вытекает особенность чем меньше Т2, тем меньше холодильный коэффициент. (Рисунок)

Вопрос 35.Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики и его формулировки.

Обратимым называется такой термодинамический процесс который может протекать как в прямом так и в обратном направлении. Система проходит через те же самые промежутки что и в прямом направлении но в обратном порядке, причем без того чтобы в окружающей среде оставались изменения. Всякий процесс неудовлетворяющий этим условиям называется необратимым. Мерой необратимости процесса в замкнутой системе является изменением новой функции состояния - энтропии, существование которой у равновесной системы устанавливает первое положение второго начала о невозможности вечного двигателя второго рода . Однозначность этой функции состояния приводит к тому, что всякий необратимый процесс является неравновесным. если бы энтропия была неоднозначной функцией состояния то , можно было бы осуществить вечный двигатель второго рода. Положение о существовании у всякой термодинамической системы новой однозначной функцией состояния энтропии S, которая при адиабатных равновесных процессах не изменяется и составляет содержание второго начала термодинамики для равновесных процессов. Математически второе начало термодинамики для равновесных процессов записывается уравнением: dQ/T = dS или dQ = TdS. Интегральным уравнением второго начала для равновесных круговых процессов является равенство Клаузиуса : dQ/T = 0. Для неравновесного кругового процесса неравенство Клаузиуса имеет следующий вид : dQ/T < 0. Теперь можно записать основное уравнение термодинамики для простейшей системы находящейся под всесторонним давлением :

TdS = dU + pdV . Второе начало термодинамики является обобщением опытных фактов. Оно установило максимально возможные пределы, превращения внутренней энергии в механике, в круговые процессы, утверждая невозможное получение работы за счет тел находящихся в тепловом равновесии, указывая направление протекания самопроизвольных процессов. Постулат Клазиуса: 1) Невозможен термодинамический процесс каким бы способом мы не пытались его осуществить единственным конечным результатом которого была бы передача внутренней энергии от менее нагретого тела к более. Под словами «единственным результатом которого» следует понимать, что процесс происходит самопроизвольно не вызывая изменения в окружающей среде. 2)Невозможна некомпенсированная передача внутренней энергии от менее нагретого тела к более нагретому. Постулат Томсона: 1)Невозможен круговой процесс каким бы способом мы не пытались его осуществить единственным конечным результатом которого было бы превращение внутренней энергии взаимствованной из какого либо тела путем теплообмена в механическую энергию путем совершения работы. Невозможен некомпенсированный переход тепла в работу. Невозможно построить вечный двигатель второго рода – это тепловая машина КПД=1. Формулировки Клазиуса и Томсона можно показать эквивалентными.