11. Статистичний і термодинамічний методи дослідження.

Термодинамічні процеси поділяють на два види. До процесів першого виду відносять такі, які відбуваються “самі по собі”. Такими, наприклад, є перехід теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою, такі процеси - природними.

До процесів другого виду належать такі, які “самі по собі” не відбуваються, для їх здійснення треба використати додатково процеси першого виду. Такими є передавання теплоти від тіла з нижчою температурою до тіла з вищою. Ці процеси - штучними.

Поділ процесів на природні й штучні в термодинаміці тісно пов’язаний з поняттям про оборотні й необоротні процеси.

Оборотним називають такий процес, який може відбуватися в обох напрямах. Після завершення такого процесу в прямому і зворотному напрямах система повертається в початковий стан і в навколишньому середовищі не залишається ніяких слідів. Якщо процес не має перелічених вище ознак, то його називають необоротним.

Оборотні процеси - ідеалізовані, до них реальні процеси лише наближаються. Так, механічні процеси були б оборотними, якби не було тертя і не перетворювалася механічна енергія у внутрішню. Наприклад, коливання маятника в безповітряному просторі можна було б вважати оборотним процесом, але в повітрі коливання маятника зумовлюють нагрівання середовища, залишають слід, тому це процес необоротний.

Усі реальні процеси, що супроводяться тертям, теплопровідністю або випромінюванням, є необоротними

12. Теплова машина та її ккд.

Питання про створення найбільш ефективної теплової машини вперше поставив і розв’язав Саді Карно. У праці “Міркування про рушійну силу вогню”, опублікованій у 1824 p., він проаналізував роботу ідеальної теплової машини (пізніше її цикл назвали циклом Карно) і визначив коефіцієнт її корисної дії. Карно показав, що навіть в ідеальних умовах не може бути такої періодично діючої машини, яка, дістаючи теплоту від нагрівника, повністю перетворювала б її в механічну роботу обов’язково частина цієї теплоти передається холодильнику Холодильником тут називають тіло, яке має значно нижчу температуру, ніж нагрівник, і яке повинно приводитися в контакт з робочим тілом машини.

Розглянемо докладніше цикл Карно. Робочим тілом у машині Карно є ідеальний газ. Цикл здійснюється в циліндрі, стінки і поршень якого нетеплопровідні, дно циліндра теплопровідне. Саме через дно циліндра газ приводиться в тепловий контакт з нагрівником і холодильником. Останні є тілами дуже великої теплоємності, тому під час циклу їх температура залишається сталою: нагрівника -T₁, холодильника - Т₂.

Цикл Карно складається із двох ізотермічних процесів 1-2 і 3-4 та двох адіабатичних процесів 2-3 і 4-1 (рис. 2). В процесі 1-2 робоче тіло отримує від нагрівника кількість теплоти Qj, а в процесі 3-4, робоче тіло віддає холодильнику кількість теплоти Q₂ . вся теплота перетворюється в механічну роботу.

На ділянці 2-3 відбувається адіабатичне розширення газу. Г аз виконує роботу за рахунок внутрішньої енергії, тому в кінці охолоджується до температури Т₂.

На ділянці 3-4 здійснюється ізотермічне стиснення газу. Робота виконується над газом, газ передає кількість теплоти Q₂ холодильнику, тому температура газу залишається незмінною - Т₂ .

На ділянці 4-1 здійснюється адіабатичне стиснення газу. Робота виконується над газом, за рахунок неї внутрішня енергія газу збільшується, температура газу підвищується від Т₂ до Т₁. Газ переходить у початковий стан.

Як бачимо, робота, виконана газом на ділянці 1-2 і 2-З, більша від роботи, затраченої на стиснення газу на ділянках 3-4 і 4-1, на величину площі циклу. Теплоти забрано від нагрівника більше, ніж віддано холодильнику. Різниця Q₁ - Q₂ визначає ту кількість теплоти, яка перетворилася в роботу циклу. Ознакою цієї роботи є пісок, що залишився на полицях над поршнем.