19.Второй закон термодинамики.

Второй закон термодинамики -

физический закон, имеющий

две эквивалентные формулировки:

-1- невозможен процесс,

единственным результатом

которого является передача

энергии в форме теплоты от

менее нагретого тела к

более нагретому телу;

-2- невозможен периодический

процесс, единственным результатом

которого является превращение теплоты,

полученной от нагревателя, в

эквивалентную ей работу.

Теплово?й дви?гатель — устройство,

совершающее работу за счет

использования внутренней энергии

топлива, тепловая машина, превращающая

тепло в механическую энергию,

использует зависимость теплового

расширения вещества от температуры.

Действие теплового двигателя

подчиняется законам термодинамики.

Для работы необходимо создать разность

давлений по обе стороны поршня

двигателя или лопастей турбины.

Для работы двигателя обязательно

наличие топлива. Это возможно при

нагревании рабочего тела (газа),

который совершает работу за счёт

изменения своей внутренней энергии.

Повышение и понижение температуры

осуществляется, соответственно,

нагревателем и охладителем.

Коэффициент полезного действия (КПД)

теплового двигателя. Невозможность полного

превращения внутренней энергии газа в

работу тепловых двигателей обусловлена

необратимостью процессов в природе. Если

бы теплота могла самопроизвольно возвращаться

от холодильника к нагревателю, то

внутренняя энергия могла бы быть

полностью превращена в полезную работу

с помощью любого теплового двигателя.

Согласно закону сохранения энергии работа,

совершаемая двигателем, равна:

A"=|Q l |-|Q 2 |

где Q 1 — количество теплоты, полученное

от нагревателя, a Q 2 —количество теплоты,

отданное холодильнику.

Коэффициентом полезного действия теплового

двигателя называют отношение работы А",

совершаемой двигателем, к количеству теплоты,

полученному от нагревателя:

КПД теплового двигателя меньше единицы.

При Т 1 —Т 2 =0 двигатель не может

работать.Максимальное значение КПД

тепловых двигателей. Законы

термодинамики позволяют вычислить

максимально возможный КПД теплового

двигателя, работающего с нагревателем,

имеющим температуру Т 1 , и холодильником

с температурой Т 2 . Впервые это

сделал французский инженер и ученый

Сади Карно .Карно придумал

идеальную тепловую машину с

идеальным газом в качестве рабочего

тела. Он получил для КПД этой

машины следующее значение:

Как и следовало ожидать, КПД

машины Карно прямопропорционален

разности абсолютных температур

нагревателя и холодильника.

Главное значение этой формулы

состоит в том, как доказал Карно,

что любая реальная тепловая машина,

работающая с нагревателем, имеющим

температуру Т 1 , и холодильником с

температурой Т 2 не может иметь КПД,

превышающий КПД идеальной тепловой

машины.

20.Испарение.Неравномерное

распределение кинетической

энергии теплового движения молекул

приводит к тому, что при любой

температуре кинетическая энергия

некоторых молекул жидкости или твердого

тела может превышать потенциальную

энергию их связи с остальными молекулами.

Испарение — это процесс, при котором

с поверхности жидкости или твердого

тела вылетают молекулы, кинетическая

энергия которых превышает потенциальную

энергию взаимодействия молекул.

Испарение сопровождается охлаждением

жидкости.Насыщенный и ненасыщенный пар.

Испарение жидкости в закрытом сосуде

при неизменной температуре приводит

к постепенному увеличению концентрации

молекул испаряющегося вещества в

газообразном состоянии. Через некоторое

время после начала процесса испарения

концентрация вещества в газообразном

состоянии достигает такого значения,

при котором число молекул, возвращающихся

в жидкость в единицу времени,

становится равным числу молекул,

покидающих поверхность жидкости

за то же время. Устанавливается

динамическое равновесие между

процессами испарения и конденсации

вещества.Вещество в газообразном

состоянии, находящееся в

динамическом равновесии с жидкостью,

называется насыщенным паром.

Пар, находящийся при давлении

ниже давления насыщенного пара

, называется ненасыщенным.При

сжатии насыщенного пара

концентрация молекул пара

увеличивается, равновесие между

процессами испарения и

конденсации нарушается и часть

пара превращается в жидкость.

При расширении насыщенного пара

концентрация его молекул

уменьшается и часть жидкости

превращается в пар. Таким образом,

концентрация насыщенного пара

остается постоянной независимо

от объема. Так как давление

газа пропорционально концентрации

и температуре (p = nkT),

давление насыщенного пара при

постоянной температуре не

зависит от объема.Интенсивность

процесса испарения увеличивается

с возрастанием температуры

жидкости. Поэтому динамическое

равновесие между испарением и

конденсацией при повышении

температуры устанавливается

при больших концентрациях

молекул газа.Давление идеального

газа при постоянной концентрации

молекул возрастает прямо

пропорционально абсолютной

температуре. Так как в насыщенном

паре при возрастании температуры

концентрация молекул увеличивается,

давление насыщенного пара с

повышением температуры возрастает

быстрее, чем давление идеального

газа с постоянной концентрацией

молекул.