Первый закон термодинамики

Так как первый закон термодинамики - отношение между фундаментальными количествами тепла и работы, давайте посмотрим далее на их различия и общие черты. Ни тепло, ни работа не собственность системы. Они - граничные явления, зависимые от предшествующего пути развития, неточные дифференциалы. Оба - формы энергии в пути и имеют значение, когда система подвергается изменению состояния.

Обычные единицы работы - сила футофунтов; из тепла, британской тепловой единицы. Btu был первоначально определен как то количество тепла, требуемого поднять 1 фунт-массу воды от 59,5 до 60.5°F, который упоминается как 60°FBtu.

Чтобы понять первый закон термодинамики, мы должны понять цикл, определенный как прохождение системы через серию государств, но возвращения к его начальному условию. Рассмотрите мороженицу. Компоненты, молоко, яйца, сахар, и т.д., содержатся в выбранной системе. Работа передана системе веслом, заставив температуру системы повыситься, но тепло, следующее из увеличенной температуры, передано окружающей морской воде. Работа входит; тепло выходит.

Что происходит, когда вся энергия, добавленная работой, извлечена теплопередачей? Система возвращается к ее начальному состоянию, проходя через цикл. Обратите внимание на то, что для системы, выбранной, работа отрицательна, и тепло отрицательно.

Полная работа и тепло, переданное в цикле, отличаются от ноля, т.е., * W#0, * Q#0 (3-7)

На самом деле, для рассматриваемой системы * W <0, *Q <0 (3-18). С небольшой изобретательностью мы можем измерить работу и переданное тепло. Оборудование входной шахты со шкивом и весом даст работу, в то время как теплопередача может быть измерена льдом meltage. Прежде, чем оставить этот пример, мы должны заметить, что больше тепла должно быть извлечено, чем добавленный работой, если мы должны заморозить мороженое. В 1843 британский ученый, Джоуль, провел много экспериментов, подобных предыдущему примеру с различными конфигурациями. Во всех случаях он заметил, что работа, сделанная на системе, была непосредственно пропорциональна количеству тепла, удаленного из системы. Математически, цикл (3-19), где пропорциональность постоянный J - механический эквивалент тепла, стоимость которого зависит от выбранных единиц. Уравнение (3-19)

Математическое заявление первого закона термодинамики. Этот закон, который является основным законом сохранения энергии, был выведен из наблюдений. Этому дают статус закона только потому, что никакое противоречие к нему никогда не находилось.

Это очевидно из Eq. (3-19), которые работают и тепло может быть выражено в эквивалентных единицах. Выражая работу в силе футофунтов и тепло в Btu, J = 778 ft-lbf/Btu. Уравнение (3-19) не предполагает, что тепло и работа - то же самое, но это действительно устанавливает отношения между двумя. Обсуждая единицы, вспомните, что власть - производительность или работа в единицу времени. Поэтому следующими коэффициентами преобразования составит полезную 1 л. с. - 33,000 ft-lbf/min = 2 545 БТЕ/час, 1 кВт = 44,200 ft-lbf/min = 3 412 БТЕ/час.

Большинство наших термодинамических проблем касается процессов, а не циклов. Системы редко возвращаются к их начальному состоянию. Поэтому, чтобы быть полезным первый закон должен быть сформулирован для легкого применения к процессам.

Удельные теплоемкости. Если красный горячий железный слиток 20 фунт-масс подавлен в ведре на 20 фунт-масс холодной воды, мы знаем интуитивно, что прохладная железная воля и вода станет горячей. Опыт показал, что изменение температуры железа не равно изменению температуры воды. Кроме того, дело обстоит так для всех материалов. Эта особенность происходит из-за собственности материала, известного как удельная теплоемкость c. Это - количество тепла, требуемое изменить температуру массы единицы на 1 ° при определенных условиях.

Третий закон термодинамики. Отношения второго закона для энтропии могут считать только для изменений в энтропии - одно государство относительно другого. Хотя это достаточно для термодинамических вычислений, иногда выгодно говорить с точки зрения абсолютной энтропии, которая требует третьего закона термодинамики. Просто указанный, случается так, что энтропия чистого вещества - ноль в абсолютном нуле.

В вероятностном смысле энтропия - мера беспорядка системы. В абсолютном нуле нет никакой переводной молекулярной деятельности, следовательно никакой беспорядок или нулевая энтропия.

Второй закон термодинамики. Первый закон термодинамики устанавливает отношения между теплом и работой, но не помещает условий в направление передачи. Второй закон термодинамики - направленный закон. Это может быть сформулировано таким образом: Тепло не может себя, проход формируют более холодное к более горячему телу. Ограничения первого закона. Чтобы иллюстрировать направленную особенность второго закона, давайте возвратимся к примеру морозильника мороженого. Мы добавили работу к системе и извлекли тепло. Теперь давайте полностью изменим процесс - добавляет тепло и вытаскивает работу из системы. Нет никакого мыслимого пути, которым вес мог бы быть возвращен к его оригинальному положению, полностью изменив процесс. Невозможно полностью преобразовать все тепло в работу. Процесс необратим.

ATOMIC ENERGY

A man trying to see a single atom is like a man trying to see a single drop of water in the sea while he is flying high above it. He will see the sea made up of a great many drops of water but he certainly will not be able to see a single drop. By the way, there are so many atoms in the drop of water that if one could count one atom a second, day and night, it would take one hundred milliard years. But that is certainly impossible.

Man has, however, learned the secret of the atom. He has learned to split atoms in order to get great quantities of energy. At present, coal is one of the most important fuel and our basic source of energy. It is quite possible that some day coal and other fuel may be replaced by atomic energy. Atomic energy replacing the present sources of energy, the latter will find various new applications.

The nuclear reactor is one of the most reliable "furnaces" producing atomic energy. Being used to produce energy, the reactor produces it in the form of heat. In other words, atoms splitting in the reactor, heat is developed. Gas, water, melted metals, and some other liquids circulating through the reactor carry that heat away. The heat may be carried to pipes of the steam generator containing water. The resulting steam drives a turbine, the turbine in its turn driving an electric generator. So we see that a nuclear power-station is like any other power-station but the familiar coal-burning furnace is replaced by a nuclear one, that is the reactor supplies energy to the turbines. By the way, a ton of uranium (nuclear fuel) can give us as much energy as 2.5 to 3 million tons of coal.

The first industrial nuclear power-station in the world was constructed in Obninsk not far from Moscow in 1954. It is of high capacity and has already been working for many years. One may mention here that the station in question was put into operation two years earlier than the British one and three and a half years earlier than the American nuclear power-stations.

A number of nuclear power-stations have been put into operation since 1954. The Beloyarskaya nuclear power-station named after academician Kurchatov may serve as an example of the peaceful use of atomic energy in the USSR.

Soviet scientists and engineers achieved a nuclear superheating of steam directly in the reactor itself before steam is carried into the turbine. It is certainly an important contribution to nuclear engineering achieved for the first time in the world.

We might mention here another important achievement, that is, the first nuclear installation where thermal energy generated in the reactor is transformed directly into electrical energy.

Speaking of the peaceful use of atomic energy it is also necessary to mention our nuclear ice-breakers. "Lenin" is the world's first ice-breaker with a nuclear installation. Its machine installation is of a steam turbine type, the steam being produced by three reactors and six steam generators. This ice-breaker was followed by many others.

The importance of atomic energy will grow still more when fast neutron reactors are used on a large scale. These reactors can produce much more secondary nuclear fuel than the fuel they consume.

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Человек, пытающийся видеть единственный атом, похож на человека, пытающегося видеть единственную каплю воды в море, в то время как он летит высоко над ним. Он будет видеть море, составленное из очень многих капель воды, но он, конечно, не будет в состоянии видеть единственное снижение. Между прочим, есть столько атомов в капле воды, что, если бы можно было бы посчитать один атом секундой, днем и ночью, потребовалось бы сто лет миллиарда. Но это, конечно, невозможно.

Человек, однако, изучил тайну атома. Он учился разделять атомы, чтобы получить большие количества энергии. В настоящее время уголь - одно из самого важного топлива и наш основной источник энергии. Довольно возможно, что однажды уголь и другое топливо могут быть заменены атомной энергией. Атомная энергия, заменяющая существующие источники энергии, последний найдет различное новое применение.

Ядерный реактор - одна из самых надежных «печей», производящих атомную энергию. Используясь производить энергию, реактор производит его в форме тепла. Другими словами, атомы, разделяющиеся в реакторе, тепло развито. Газ, вода, расплавил металлы, и некоторые другие жидкости, циркулирующие через реактор, уносят то тепло. Тепло можно нести к трубам парового генератора, содержащего воду. Получающийся пар ведет турбину, турбину, в свою очередь ведя электрический генератор. Таким образом, мы видим, что атомная электростанция похожа на любую другую электростанцию, но знакомая печь на угольном топливе заменена ядерной, которая является реакторной энергией поставок к турбинам. Между прочим, тонна урана (ядерное топливо) может дать нам столько же энергии сколько 2.5 к 3 миллионам тонн угля.

Первая промышленная атомная электростанция в мире была построена в Обнинске недалеко от Москвы в 1954. Это имеет высокую производительность и уже работало много лет. Можно упомянуть здесь, что рассматриваемая станция была помещена в операцию на два года ранее, чем британская и на три с половиной года ранее, чем американские атомные электростанции.

Много атомных электростанций были введены в эксплуатацию с 1954. Атомная электростанция Beloyarskaya назвала после того, как академик Курчатов может служить примером использования в мирных целях атомной энергии в СССР.

Советские ученые и инженеры достигли ядерного перегревания пара непосредственно в самом реакторе, прежде чем пар будут нести в турбину. Это - конечно, существенный вклад в ядерную разработку, достигнутую впервые в мире.