3. Первое начало термодинамики
,
где
–
количество теплоты;
– приращение внутренней энергии (энергия
хаотического движения молекул);
–
работа, совершенная газом.
Словесная формулировка: Тепло, поступившее в систему, расходуется на увеличение её внутренней энергии и на совершение работы.
Физический смысл: Закон сохранения энергии для тепловых процессов
Газовые процессы:
1. Изотермический:
T=const
=> ΔT=0;
=>ΔU=0
=> вся теплота переходит в работу:
2. Изохорический:
V=const
=> ΔV=0
=> ΔA=0
=> вся теплота идет на изменение
внутренней энергии:
3. Изобарический: p=const;
4. Адиабатический:
=> работа совершается только за счет
уменьшения внутренней энергии:
4. Второе начало термодинамики.
Первое начало термодинамики показывает невозможность создания «вечного двигателя первого рода» – машины, совершающей работу без затрат энергии.
Однако, из него следует, что можно создать двигатель, совершающий работу за счет тепловой энергии газа – тепловую машину.
КПД такой машины называется величина
.Идея: сделать машину, у которой бы вся подводимая теплота переходила бы в работу. Она получила название «вечного двигателя второго рода». Казалось бы, для этого достаточно осуществить изотермический процесс. Но оказалось, что для повторяющегося процесса этого недостаточно, поскольку надо вернуть систему в исходное состояние.
Очень большой вклад в решение проблемы увеличения КПД паровых машин сделал французский физик Николя́ Леона́р Сади́ Карно́ (1796-1832)
Сын известного политического деятеля и математика Лазара Карно и дядя Мари-Франсуа Сади Карно, бывшего президентом Франции. Сади Карно получил хорошее домашнее образование. В 1812 году блестяще закончил лицей Карла Великого и поступил в Политехническую школу — лучшее на тот момент учебное заведение Франции. В 1814 году он ее закончил шестым по успеваемости и был направлен в Инженерную школу в городе Мец. После завершения которой в 1816 году был распределен в инженерный полк, где провел несколько лет. В 1819 году выиграл конкурс на замещение вакансии в Главном штабе корпуса в Париже и перебрался туда. Там он познакомился с химиком Никола Клеманом, занимавшимся изучением газов. Общение с ним вызвало интерес у Карно к изучению паровых машин. И в 1824 году вышла первая и единственная работа Сади Карно — «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Эта работа считается основополагающей в термодинамике. В ней был произведен анализ существующих в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения (в паровых машинах того времени КПД не превышал 2%). Помимо этого там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл, обратимость и необратимость термодинамических процессов. В 1828 году Карно оставил военную службу. Он много работал, при том, что в 1830 году произошла очередная французская революция. Умер Карно в 1832 году от холеры. По правилам все его имущество, в том числе и бумаги, было сожжено. Таким образом, его научное наследие было утрачено. Уцелела только одна записная книжка — в ней сформулировано Первое начало термодинамики.