24). Развитие представлений о природе тепловых явлений. Начала термодинамики. Цикл Карно.

Учение о тепловых явлениях стало зарождаться в середине XVII века, когда Галилей изобрел термометр (1600 год). Привычный термометр – 1700 год. 1742 – Цельсий (швед).

Долгое время тепловые явления связывали с перетеканием от одного тела к другому гипотетической субстанции – теплорода. С теорией теплорода конкурировала молекулярно-кинетическая теория, она связывала тепловые движения с движением атомов. Последователи: Бэкон, Декарт, Ломоносов и т.д.

До середины XVIII века господствовала теория теплорода. Позже в опытах было доказано, что тепловой жидкости не существует. Решающий опыт: 1798 – Румфорд.

С 60-ых годов XVIII века началась промышленная революция => поняли, что из теплоты можно получить работу. Необходимо сделать процесс обратимым. Первая машина по превращению теплоты в работу – Уатт. 1807 – первый речной пароход, Роберт Фултон. 1825 – первая железная дорога, паровоз, Джордж Стефенсон.

1824 год. Сади Карно – исследователь по теплу. Рассмотрел идеальную тепловую машину (отсутствовало трение и теплообмен) – поэтому процессы стали обратимыми.

Рабочее тело – газ в цилиндре под поршнем.

2 изотермы, 2 изобаты.

1-2 – рабочее тело получает от нагревателя температуру Тн и теплоту Q₁.

2-3 – газ, расширяясь, охлаждается до температуры Тх.

3-4 – газ изотермически сжимают, при этом он отдает холодильнику количество теплоты Q₂.

4-1 – газ сжимают до тех пор, пока его температура не станет равной начальной.

- идеальная тепловая машина.

- реальная тепловая машина.

К середине XIX века в трудах Майера, Гельмгольца и Джоуля было доказано, что теплота и работа – это две формы, в которых энергия может переходить от одного тела к другому. Теплота и работа энергия. 1 кал = 4,186 Дж

Все это позволило расширить рамки закона сохранения и превращения энергии.

Количество теплоты, переданное телу, идет на превращение его внутренней энергии U на совершение системой работ. Суть легче понять, если . Возможны 2 способа передачи энергии: в виде теплоты А или энергии Q. Джоуль получил всеобщий закон природы. Энергия в природе не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую.

Начала термодинамики.

Термодинамика рассматривает Тепловые процессы без учета молекулярного строения тела, ничего не говорит о механизме, а только устанавливает связи между макроскопическими свойствами вещества.

Состав т/д системы = (p, t, v).

Идеализированный объем т/д – это макроскопическая система в состоянии теплового равновесия (все т/д параметры не меняются со временем).

В основе т/д – различие между обратимыми и необратимыми процессами.

Обратимый – это процесс перехода т/д системы из одного состояния в другое, допускающий возможность возвращения в исходное состояние через ту же последовательность промежуточных состояний, что и в прямом процессе.

Необратимый – это процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном направлении. Пример: диффузия (где есть перенос чего-либо).

Классическая т/д системы, близкие к равновесию и обратимые процессы. Связи между величинами однозначны => т/д – динамическая теория.

Начала т/д.

Всякая предоставленная самой себе замкнутая система стремится перейти в состояние теплового равновесия, из которого самопроизвольно выйти уже не может. Двигатель, работающий только за счет энергии тел, находящийся в состоянии теплового равновесия, был бы вечным двигателем (2-ого рода), такой двигатель не возможен. Работа превращается в теплоту полностью, а теплота в работу – лишь частично.

1865 год – Клаузиус – особая функция состояния системы (энтропия).

2-ой закон т/д в принципе нельзя доказать.

Если система в результате обратимого процесса получает тепло с температурой Т₁, то энтропия системы увеличивается на величину - т/д определение энтропии.

Энтропия замкнутой системы в случае обратимых процессов не меняется. Необратимые процессы - возрастает.

Пример: при перетекании тепла от более горячего к более холодному энтропия системы возрастает. Таким образом, энтропия замкнутой системы при необратимых процессах может только возрастать .

Математическая формулировка второго начала т/д: энтропия возрастает до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором энтропия максимальна.