Процессы. Закон термодинамики
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Процессы. Энтропия. Второй закон термодинамики Энтропия Первый закон термодинамики Выражение в левой части уравнения при равновесном изменении состояния газа есть полный дифференциал некоторой функции состояния. Она называется энтропией, обозначается для 1 кг газа – s, Дж/(кг Кудельная энтропия. Для произвольного количества газа энтропия равна S=ms и измеряется в Дж/К. В технической термодинамике обычно используется не абсолютное значение энтропии, а ее изменение в каком-либо процессе Графическое изображение теплоты в T, s – координатах Основные термодинамические процессы Метод исследования процессов состоит в следующем выводится уравнение процесса, устанавливающее связь между начальными и конечными параметрами рабочего тела в данном процессе вычисляется работа изменения объема газа определяется количество теплоты, подведенной (или отведенной) в процессе; определяется изменение внутренней энергии системы в процессе определяется изменение энтропии системы в процессе. ? Изохорный процесс При изохорном процессе выполняется условие dv = 0 или v = const. Из уравнения состояния идеального газа следует, что p/T=R/v=const, те. давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре Изображение изохорного процесса ври, координатах • Работа в процессе равна нулю, так как dv= 0. • Количество теплоты, подведенной к рабочему телу в процессе 1-2 при определяется как • Так как 1= 0, тов соответствии с первым законом термодинамики Изменение энтропии в изохорном процессе Изобарный процесс Из уравнения состояния идеального газа при р находим или те. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре. Изображение изобарного процесса ври, координатах с р >с v Изменение энтропии при с р = const Изотермический процесс • При изотермическом процессе температура постоянна, следовательно, pv = RT = const, или те. давление и объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатии давление газа возрастает, а при расширении — падает. Изображение изотермического процесса ври, координатах Так как температура не меняется, то внутренняя энергия идеального газа в данном процессе остается постоянной Адиабатный процесс Процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатным. Для того чтобы осуществить такой процесс, следует либо теплоизолировать газ, те. поместить его в адиабатную оболочку, либо провести процесс настолько быстро, чтобы изменение температуры газа, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, было пренебрежимо мало по сравнению с изменением температуры, вызванным расширением или сжатием газа. Изображение адиабатного процесса ври, координатах Политропный процесс Изображение основных термодинамических процессов идеального газа в Т, координатах Круговые процессы (циклы) Рабочее тело переносит теплоту q 2 от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой. На совершение процесса затрачивается работа l ц Процесс расширения рабочего тела осуществляется с подводом теплоты q 2 по линии 1–d–2. В этом процессе полезная работа равна площади 1–d–2–b–a–1. В процессе сжатия с рабочее тело взаимодействует с источником с более высокой температурой, передавая ему теплоту В процессе сжатия затрачивается работа, равная площади 2–c–1–a–b–2. Из диаграммы видно, что работа сжатия больше работы расширения. Если от более нагретого источника теплоты к рабочему телу подвести теплоту q 1 , то происходит расширение по линии с. Полезную работу, совершенную в процессе расширения с можно определить площадью 1–с–2–b–а–1. В процессе 2–d–1 рабочее тело взаимодействует с источником низких температур. При этом происходит отвод теплоты от рабочего тела и его сжатие. В процессе сжатия затрачивается работа, величина которой равна площади a–1–d– 2–b–a. Полезная работа равна разности работ расширения и сжатия. ? Второй закон термодинамики Вечный двигатель второго рода невозможен. Тепловой двигатель без холодного источника теплоты, те. двигатель, полностью превращающий в работу всю полученную от горячего источника теплоту, называется вечным двигателем второго рода. Невозможна периодически действующая тепловая машина, единственным результатом действия которой было бы получение работы за счет отнятия теплоты от некоторого источника. Энтропия изолированных систем при обратимых процессах постоянна, а при необратимых возрастает, уменьшаться она не может. Поскольку все реальные процессы необратимы, второй закон называют законом возрастания энтропии. Второй закон термодинамики является, не абсолютным законом природы подобно первому закону, а статистическим законом, который соблюдается с высокой степенью точности для значительных количеств частиц, и тем менее применим, чем меньше размеры системы, являющейся объектом изучения. Нельзя утверждать также, что второй закон применим к вселенной в целом, так как в ней возможно протекание энергетических процессов (например, ядерные превращения, на которые термодинамический метод исследования не может переноситься. В процессе с переменной температурой теплоту, участвующую в процессе, можно изобразить графически под линией процесса 1 — 2. Если процесс 1 — 2 разбить на бесконечно большое множество бесконечно малых отрезков, в пределах которых Т можно считать неизменной, то для элементарного количества теплоты имеем . Для определения всего количества теплоты, участвующей в процессе 1 — 2, следует проинтегрировать последнее уравнение: Иногда диаграмму называют тепловой уравнение первого закона термодинамики уравнение второго закона термодинамики объединенное аналитическое выражение первого и второго законов термодинамики dq = du + pd ν ds ≥ dq/T Tds ≥ du + dl ЦИКЛ Для превращения теплоты в работу нужно иметь систему тел, от которых можно было бы получить теплоту (горячие источники, нагреватели рабочее тело, совершающее термодинамический процесс, и систему тел, способную охлаждать рабочее тело, те. забирать от него теплоту, не превращенную в работу (холодные источники, холодильники).Количество источников может быть уменьшено, если на отдельных участках теплоту подводить и отводить изотермически. В предельном случае потребуется один горячий и один холодный источник. ? Прямой обратимый цикл Карно |