Процессы в природе необратимы, а их направление подчиняется общей закономерности – более упорядоченные состояния замкнутых систем переходят в менее упорядоченные
В природе не существует обратимых процессов. Обратимые процессы могут существовать только как часть более сложного необратимого процесса .
Второй закон термодинамики.
Процессы в природе необратимы, а их направление подчиняется общей закономерности – более упорядоченные состояния замкнутых систем переходят в менее упорядоченные.
Тепловые машины . Реально существующие тепловые машины работают циклически. При расширении газ совершает положительную работу A1, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A2, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл на диаграмме (p, V) равна площади фигуры, ограниченной графиками цикла.
Принцип работы тепловой машины. Тепловой машиной называется устройство, в котором внутренняя энергия превращается в механическую.
• Сади Карно, анализируя идеальный круговой процесс (известный сейчас как цикл Карно), впервые пришёл к выводу о том, что полезная работа производится только при переходе тепла от нагретого тела к холодному. На участке (1–2) газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q1 = A12. На участке (2–3) газ продолжает адиабатно расширяться в отсутствие теплообмена, совершая работу A23 > 0. Температура газа падает до T2. На участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодильником при температуре T2 < T1. Происходит процесс изотермического сжатия. Газ совершает работу A34 < 0 и отдает тепло Q2 < 0, Q2 = A34, холодильнику . Внутренняя энергия газа не изменяется. На участке (3-4) адиабатического сжатия температура газа повышается до T1, газ совершает работу A41 < 0. Полная работа A, совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:
• A = A12 + A23 + A34 + A41. На диаграмме (p, V) эта работа равна площади цикла.
• коэффициент полезного действия цикла Карно.
Рабочее тело, получая некоторое количество теплоты Q1от нагревателя, часть этого количества теплоты, по модулю равную |Q2|,отдает холодильнику. Поэтому совершаемая работа не может быть больше A = Q1 — |Q2|.
Отношение этой работы к количеству теплоты, полученному расширяющимся газом от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия тепловой машины:
• Q1 > Q2 , A > 0; T1 > T2.
Второй закон термодинамики по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. вечный двигатель второго рода;
• В циклически действующей тепловой машине невозможен круговой процесс, единственным
результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от единственного нагревателя ( невозможен вечный двигатель второго рода ). Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.
• Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.
• Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая невозможность перехода всей внутренней энергии системы в полезную работу.
• Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.
• Примеры тепловых машин: двигатель внутреннего сгорания (ДВС): а)карбюраторный двигатель, б) дизельный двигатель, в) реактивный двигатель. Паровые и газовые турбины.
• КПД
• Карбюраторный двигатель 25%
• Дизельный двигатель 38%
• Реактивный двигатель 30%
• Паровая турбина 25%
• Газовая турбина 55%
Экологические последствия работы тепловых двигателей. Парниковый эффект. Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов
Кроссворд.
1. Физическая величина – функция температуры. 2. Физическая величина – мера изменения внутренней энергии. 3. Изопроцесс в идеальном газе, который описывается I законом термодинамики в виде Q = U + A', U = Q + A. 4. Ещё одна физическая величина – мера изменения внутренней энергии. 5. Газы, внутренняя энергия которых зависит только от температуры. 6. Физическая величина, пропорциональная внутренней энергии идеального газа. 7. Единица внутренней энергии, количества теплоты и работы. 8. Газы, изменение внутренней энергии которых зависит не только от температуры, но и от объёма. 9. Процесс, происходящий при изоляции системы от окружающей среды.10. Изопроцесс в идеальном газе, который описывается I законом термодинамики в виде Q = A'. 11. Раздел физики, изучающий тепловые процессы без учёта молекулярного строения вещества. 12. Изопроцесс, который описывается I законом термодинамики в виде U = Q. 13. Параметры, описывающие тепловые явления в термодинамике.