51-60

51.Адиабатный процесс. Вывод уравнения адиабаты.

Адиабатный процесс — процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой.

Из первого начала термодинамики следует, что работа газа при адиабатном процессе совершается за счет его внутренней энергии:  (1). С другой стороны, из уравнения Клапейрона-Менделеева следует:  (2). Разделим уравнение (2) на уравнение (1): , где . Проинтегрируем полученное уравнение: . Таким образом, при адиабатном процессе   — уравнение Пуассона.

52.Работа, совершаемая идеальным газом при изобарном и изохорном процессах.

ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС () Для изобарного процесса в идеальном газе справедлив закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален его термодинамической температуре:  или .

Работа газа при изобарном расширении: .

ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС () Изохорный процесс в идеальном газе описывается законом Шарля: при постоянном объеме давление данной массы газа прямо пропорционально его термодинамической температуре:  или .

Работа газа при изохорном процессе равна нулю: . Все полученное тепло идет на изменение внутренней энергии в соответствии с первым началом термодинамики: .

53.Работа, совершаемая идеальным газом при изотермическом процессе.

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС () Изотермический процесс в идеальном газе подчиняется закону Бойля - Мариотта: для данной массы газа при неизменной температуре произведение значений давления и объема есть величина постоянная:  или .

Работа газа при изотермическом расширении: . Изменение внутренней энергии при изотермическом процессе равно нулю: . Все полученное тепло идет на совершение работы в соответствии с первым началом термодинамики: .

54.Работа, совершаемая идеальным газом при адиабатном процессе.

Работа газа при адиабатном процессе равна убыли внутренней энергии:

55.Тепловые машины. Цикл Карно.

Тепловая машина – это устройство, способное превращать тепловую энергию в механическую работу. Первая тепловая машина это ружье. Для того, чтобы тепловая машина работала необходимо приводить ее в начальное состояние, т.е. ее работа должна быть цикличной.

Было предложено множество тепловых машин, работающих по различным циклам. Наиболее удачным оказался цикл Карно

Цикл Карно

A = A12 + A23 + A34 + A41.

A = –ΔU = –CV (T2 – T1),

 

A23 = –A41.

По определению, коэффициент полезного действия η цикла Карно есть 

С. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T₁ и холодильника T₂: 

56.Второй закон термодинамики

При рассмотрении различных ТД процессов выполняется 1 начало ТД, т.е. закон сохранения энергии. Но 1 начало ничего не говорит о том, в каких направлениях могут протекать процессы. Но ряд процессов незапрещенных 1 началом ТД в природе не наблюдается, второе начало ТД показывает в каком направлении могут протекать процессы. У этого начала есть несколько формулировок:

• В природе не существуют процессы, при которых вся теплота переходит в механическую

• Невозможен вечный двигатель 2го рода, т.е. устройство переводящее всю теплоту в механическую работу

• В природе не существует процессов, единственным результатом которых является передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому без изменения состояния окружающих тел

• В изолированной системе возможны только процессы, при которых энтропия системы не уменьшается. Все самопроизвольные процессы в природе происходят с возрастанием энтропии

57.Коэффициент полезного действия.

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии полученному системой

 x 100 %,

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

,

где  — количество теплоты, полученное от нагревателя,  — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах горячего источника T₁ и холодного T₂, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

.

58. Энтропия. Основное уравнение термодинамики.

Энтропия

,

где  — приращение энтропии;  — минимальная теплота, подведенная к системе; T — абсолютная температура процесса;

Приведенная теплота перехода не зависит от пути перехода. Энтропия определяет изменение некоторой функции состояния системы

Основное уравнение ТД.

Введем энтропию в формулу 1го начала ТД

dQ=dU+dA

dS=dQ/T

TdS=dU+dA

За бесконечно малое время Т фактически не изменяется и процесс можно считать изотермическим

dA=-d(U-TS)

При необратимом процессе энтропия системы возрастает и внутренняя энергия обесценивается. Причиной любых процессов является разница в энергиях. При возрастании энтропии эта разница уменьшается и в этом смысл об энтропии говорит, что она есть мера обесценивания внутренней энергии.

59.Статистический смысл второго начала термодинамики.

Все процессы в природе происходят в направлении, приводящем к увеличению ТДой вероятности состояния системы.

Связь энтропии с ТД-ой вероятностью установлена Больцманом и имеет вид:

Законы статистики применимы к макросистемам, но нарушаются в микро и мега мире, т.е. там не выполняется 2 начало ТД. В микромире наблюдается флуктуация концентрации частиц, а следовательно флуктуация плотности, давления, энергии, температуры.

60.Теорема Нернста (III начало термодинамики). Недостижимость абсолютного нуля.

Термодинамическому равновесию соответствует наиболее вероятное состояние систему и максимальная энтропия. При этом в системе наблюдается максимальный беспорядок, следовательно энтропия это мера хауса.

При понижении температуры уменьшается интенсивность теплового движения частиц. Вещество переходит в конденсируемое состояние, а при сверхнизких температурах – в кристаллическое. Атомы находятся в углах кристаллической решетки, электроны на самых низких энергетических уровнях. Такому состоянию соответствует максимальный порядок

Теорема Нернста.

1)При стремлении температуры вещества к абсолютному нулю, его энтропия стремится к конечному пределу

2) При абсолютном нуле все процессы в системе происходят без изменения энтропии. Вблизи абс. Нуля прекращается теплообмен

3) Невозможно создать тепловую машину, способную охладить тело до абс. нуля, т.е. абс. ноль недостижим