13.Полная энергия системы. Теплота и работа. Теплообмен.
Возможны 2 способа передачи движения и соответствующей ему энергии от одного макроскопического тела к другому – в форме работы и в форме теплоты, т.е. путем теплообмена.
Изменение энергии тела, осуществленное первым способом, называют работой, совершенной над этим телом. Изменение энергии тела, осуществленное вторым способом, называют количеством теплоты, сообщенной телу.
Работа, совершенная над каким либо телом – это работа сил, приложенных к этому телу со стороны всех других внешних тел, с которыми оно взаимодействует.
Передача энергии путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел и может осуществляться при непосредственном контакте тел – теплопроводность и конвективный теплообмен.
Работа определяет количество превращенной энергии из одного вида в другой. Работа постоянной силы равна произведению силы F на длину пути точки вдоль траектории S и на касательную к траектории cos α: А= F S cos α.
Количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил (первый закон термодинамики). В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии ∆V равна сумме количества теплоты Q, переданного системе и работы А внешних сил: ∆V= Q+ А.
14. Обратимые и необратимые процессы. Неравновесные процессы. Механизм перехода неравновесной системы в состояние равновесия.
Обратимым термодинамическим процессом наз-ся термодинамический процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие либо изменения. Необходимым и достаточным условием обратимости термодинамического процесса явл-ся его равновесность.
Необратимым термодинамическим процессом наз-ся термодинамический процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие либо изменения.
Все реальные процессы протекают с конечной скоростью. Они сопровождаются трением, диффузией, теплообменом. Следовательно, они все неравновесны и необратимы.
Всякий необратимый процесс в одном направлении (прямом) протекает самопроизвольно, а для осуществления его в обратном направлении так, что бы вернулась в первоначальное состояние, требуется компенсирующий процесс во внешних телах, в результате которого состояния этих тел оказываются отличными от первоначальных.
15.Цикл карно. Термический кпд прямого цикла карно.
Цикл – это последовательность процессов после завершения которой система снова возвращается в начальное состояние.
Единственным обратимым циклическим процессом, который можно осуществить между нагревателем и холодильником с фиксированными температурами, явл. цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
Циклом Карно наз-ся прямой круговой процесс, состоящий из 2-х изотермических процессов. Теорема Карно: термический кпд обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и является ф-ей только абсолютных температур нагревателя Т1 и холодильника Т2.
Обмен теплом в отсутствие разности температур происходит бесконечно медленно. Поэтому обратимый цикл Карно продолжается бесконечно долго и мощность тепловой машины при максимально возможном КПД, стремится к нулю. Процессы в любой реальной машине обязательно содержат необратимые звенья, и следовательно ее КПД всегда меньше теоретического предела.
Цикл Карно на Р – v диаграмме идеального газа
1
Р
2
3
4
На
отрезке 1-2: изотермическое расширение
газа. Газ выполняет работу за счет тепла
Q,
которое получает от нагревателя. Все
тепло переходит в механическую работу.
Т=соnst 2-3:
Адиабатное расширение газа. Газ выполняет
работу за счет внутр. энергии и охлаждается
до Т2. 3-4:
Изотермическое сжатие газа. Тело
(цилиндр) в контакте с холодильником
Т2 4-1:
Адиабатное сжатие газа. Работа выполняется
над газом, внутр. энергия увеличивается.
Газ переходит в начальное состояние.
КПД тепловой машины
Зависит от разницы Т1 и Т2, где Т1 – нагреватель, Т2 - холодильник.
