Лекция по термодинамике №6 (1013851)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ1. Общие положения второго закона термодинамикиПервый закон термодинамики, закон сохранения и превращения энергии, даетколичественную и в то же время качественную характеристику превращения энергии.Однако первый закон термодинамики не указывает направления процессов и не имеет вэтом отношении ограничений.

Так первый закон термодинамики не делает различиймежду преобразованием работы в тепло (l→q) и тепла в работу (q→l). Хотяколичественные соотношения при том и другом преобразовании одинаковым образомподчиняются первому закону термодинамики, между этими преобразованиями имеетсясущественное различие.

Превращение работы в тепло - положительное превращениеэнергии, идущее естественным путем. Превращение тепла в работу - отрицательноепревращение энергии, которое осуществляется при соблюдении особых условий. Вот обэтих условиях и говорит второй закон термодинамики. В этом отношении второй законтермодинамики является как бы необходимым дополнением к первому законутермодинамики.Прежде чем непосредственно перейти ко второму закону термодинамики (с точкизрениятеориитепловыхдвигателей)остановимсянанаиболеехарактерныхособенностях всех естественных процессов нашей земной действительности.Все естественные процессы, происходящие с макротелами в нашей окружающейдействительности, говорят об одностороннем их протекании.

Возьмем ряд элементарныхпримеров.Вода всегда стремится занять наинизший уровень в гидравлической системе,находящейся в поле гравитационных сил тяготения.Теплота всегда стремится перейти от горячего тела к холодному, но обратнотеплота самопроизвольно не переходит от холодного тела к горячему.Газы легко смешиваются, газ всегда стремится занять наибольший объем, двакомпонента смешиваются в растворе, но раствор сам не разделяется.Таким образом, самопроизвольные процессы окружающей нас действительностиидут в направлении перехода системы от менее вероятных состояний к состояниям болеевероятным. Наиболее вероятным состоянием является такое, при котором изолированнаясистема, представленная самой себе, находится в полном равновесии.

Полное равновесиеозначает отсутствие условий, характеризующих направление, т.е. отсутствие какого-либопроцесса в системе. Отсутствует разность температур, давлений, концентраций, т.е. всеинтенсивные свойства такой системы выравнены.Следовательно, в изолированной системе все самопроизвольные естественныепроцессы происходят в направлении достижения системой более вероятных состояний.Такие процессы являются односторонними: система не может вернуться к начальномусостоянию при помощи этих же процессов.Такимобразом,необратимоепротеканиевсехестественныхпроцессовпредставляет самое общее положение второго закона термодинамики.В рассмотренных положениях заключается наиболее общая сущность второгозакона термодинамики:1.

Не все процессы, не противоречащие первому закону термодинамики, протекаютв действительности самопроизвольно с положительными превращениями энергии. Естьпроцессы с отрицательными превращениями энергии (q→l), которые самопроизвольноидти не могут.2. Все реальные процессы протекают в определенном направлении, задаваемомусловиями равновесия. Все они идут в одном направлении - направлении достиженияравновесия системы, как наиболее вероятного состояния.3.

Ранее введено понятие равновесия. Процессы идут до установления равновесиясистемы, т.е. до момента выравнивания интенсивных свойств системы (температур,давлений, концентраций и др.).Вычисление равновесия играет огромную роль в химии и современной химическойтермодинамике по определению количества выходов, т.е. конечных продуктов реакций.Эти расчеты имеют важное теоретическое и практическое значение для современныхреактивных и ракетных двигателей.2. Второй закон термодинамики и теория теплового двигателяВозникновение термодинамики определяется практической необходимостью иметьтеоретические основы для создания и совершенствования тепловых двигателей. Безтермодинамического анализа не могли быть правильно поняты основные принципыдействия тепловых двигателей и не могли быть найдены правильные пути для созданияэкономичного, эффективно работающего теплового двигателя.Первый закон термодинамики и частный его случай - принцип эквивалентностиустанавливают лишь количественную связь между теплотой и работой.

Но при какихусловиях этот переход может совершаться, какая часть располагаемого тепла в тепловомдвигателе превратится в работу, - на эти вопросы первый закон термодинамики ответа недает.Как показывает опыт, ни в одном тепловом двигателе все располагаемое тепло q1не превращается целиком в полезную механическую работу l.Во всех тепловых двигателях всегдаq1=l+q2 ,(4.1)где q1 - располагаемое тепло источника; l - работа двигателя; q2 - тепло потерянное, непревратившееся в работу.М.В. Ломоносов в 1744 г., по существу, впервые высказывает мысль о том, что дляпревращения теплоты в работу необходима разность температур.Подробное изложение второго закона термодинамики было сделано французскимученым С. Карно в работе «Размышление о движущей силе огня», опубликованной в1824 г.

В этой работе Карно пришел к следующему заключению:«...Повсюду, где имеется разность температур, может происходить возникновениедвижущей силы» (т.е. работы).«...Движущаяразвития;еесилатеплаколичествонезависитисключительноотагентов,определяетсявзятыхдляеетемпературамител, между которыми, в конечном счете, производится перенос теплорода».Оригинальность работ Карно заключается в том, что он, несмотря на неверныепредставления о природе теплоты как теплороде, пришел к совершенно правильнымвыводам по теории действия тепловых двигателей.Основные утверждения Карно1. Тепловой двигатель может непрерывно работать лишь при наличии двухтепловых источников: теплоотдатчика (источника), от которого рабочее тело в двигателезаимствует теплоту, и теплоприемника (холодильника), которому рабочее тело отдаеттеплоту, не превращенную в работу.2.

В идеальном тепловом двигателе осуществляется некоторый особый замкнутыйкруговой обратимый процесс - цикл, который теперь называют циклом Карно.Непрерывность работы двигателя достигается повторением осуществляемогоцикла произвольно большое число раз.3. Экономичность, т.е. КПД идеального двигателя с циклом Карно не зависит отприроды выбранного рабочего тела, а определяется лишь предельными температурамитеплоотдатчика и теплоприемника.Дальнейшее развитие идей М.В.

Ломоносова и С. Карно получило свое выражениев работах Р. Клаузиуса и М.Ф. Окатова. Они преобразовали идеи Карно в духе учения отеплоте как о форме проявления энергии и дали математическую трактовку второгозакона термодинамики.ПоложенияКлаузиусадаютматематическиепредставленияобусловияхпреобразования теплоты в механическую работу. Однако дальнейшие выводы Клаузиусаиз анализа второго закона термодинамики о возможной тепловой смерти вселеннойсыграли реакционную роль в развитии естествознания.Рассмотрим общие положения второго закона термодинамики в применении их ктеории теплового двигателя.Во всех тепловых машинах, в том числе и двигателях, совершаются не отдельныеразомкнутые процессы, а циклы, в результате совершения которых, рабочее телоприходит в первоначальное состояние.

В некоторых случаях цикл формируетсяблагодаря условным процессам, замыкающим цикл.Возможны три схемы термодинамических циклов.1.Линиясжатияидеттемжепроцессом,чтоилиниярасширения(рис. 4.1):lp=пл.//// - положительная работа расширения; lсж=пл.\\\\ - отрицательная работасжатия;Результирующая работа цикла равна нулю l=lp-lсж=0.2. Линия сжатия идет выше линии расширения (рис. 4.2) (схема обратноготермодинамического цикла):lp=пл./// - положительная работа расширения; lсж=пл.\\\ - отрицательная работасжатия;Результирующая работа цикла будет отрицательной l=(lp-lсж)<0 (пл.≡).3. Линия сжатия располагается ниже линии расширения (рис.

4.3)(схема прямого термодинамического цикла):lp=пл./// - положительная работа расширения; lсж=пл.\\\ - отрицательная работасжатия.Результирующая работа цикла будет положительной l=(lp-lсж)>0.Рис. 4.1Рис. 4.2Рис. 4.3Рис. 4.4Исследование любого прямого цикла двигателя показывает (рис. 4.4), что круговойпроцесс в цикле, в результате которого получается положительная результирующаяработа, возможен лишь в случае, если на одном участке цикла имеется подвод тепла q1 ина другом - отвод тепла q2.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций