Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы). Принцип действия тепловой машины
Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (циклы). Принцип действия тепловой машины - раздел Физика, КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ Часть 1 Обратимыми Называются Такие Процессы, Которые Удовлетворяют Следующим Усло...
Обратимыми называются такие процессы, которые удовлетворяют следующим условиям.
1. После прохождения этих процессов и возвращения термодинамической системы в исходное состояние в окружающей среде не должно остаться никаких изменений.
2. Процесс может самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлениях.
Примером обратимых процессов служат все механические процессы, в которых выполняются законы сохранения энергии, импульса и момента импульса — абсолютно упругий удар, незатухающие механические колебания и т.д.
Необратимыми называются такие процессы, после прохождения которых термодинамическая система не может самопроизвольно вернуться в исходное состояние. Вернуть систему в исходное состояние можно лишь с помощью внешнего вынуждающего процесса, однако при этом в окружающей среде обязательно произойдут те или иные изменения. Каждый необратимый процесс в одном направлении протекает самопроизвольно, а в обратном — лишь с помощью внешнего, компенсирующего процесса.
Примером необратимых процессов являются такие механические процессы, как неупругие соударения или затухающие механические колебания. Последний процесс всегда самопроизвольно идёт в направлении убыли амплитуды и механической энергии системы.
Необратимым является также процесс передачи теплоты от горячего тела к холодному. Результат такого процесса — выравнивание температур различных частей термодинамической системы. После выравнивания температур система не может самопроизвольно вернуться в исходное состояние, в котором температуры отдельных её частей различны.
Рис. 24.1
Циклическим процессом (или циклом) называется такой термодинамический процесс, в котором система возвращается в исходное состояние, проходя через другие промежуточные состояния в прямом и обратном процессах. В координатах Р и V цикл изображается замкнутой кривой (рис. 24.1).
Поскольку внутренняя энергия термодинамической системы — однозначная функция её состояния, то в циклическом процессе её значения в начальном и конечном состояниях совпадают, поэтому dU= 0.
Тепловыми машинами называются устройства, с помощью которых тепловая энергия может превращаться в механическую работу. Любая тепловая машина в процессе своей работы должна периодически возвращаться в исходное состояние, т.е. в ней должны происходить циклические процессы.
Основные части тепловой машины любого типа — рабочее тело, холодильник и нагреватель (рис. 24.2).
Рабочим телом называется термодинамическая система, совершающая процессы, в результате которых тепловая энергия превращается в механическую работу.
а
б
Рис. 24.2
Нагревателем называется термодинамическая система, сообщающая рабочему телу тепловую энергию.
Холодильником называется термодинамическая система, получающая от рабочего тела часть тепловой энергии.
В прямом цикле рабочее тело совершает положительную работу (рис. 24.2,а). НаP-V диаграмме прямой цикл соответствует движению по часовой стрелке.
В обратном цикле рабочее тело совершает отрицательную механическую работу и переносит теплоту от холодильника к нагревателю (рис. 24.2,б). На обратном цикле основано действие холодильных машин.
Термический КПД тепловой машины
,
(24.1)
гдеA — механическая работа, выполненная за один цикл;Q1 — теплота, полученная рабочим телом от нагревателя; Q2 — теплота, отданная холодильнику.
Основные единицы СИ
В настоящее время общепринятой является Международная система единиц — СИ. Эта система содержит семь основных единиц: метр, килограмм, секунда, моль, ампер, кельвин, кандела и две дополнительные —
I. МЕХАНИКА
Механика — наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между ними.
Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного пол
Законы Ньютона
Динамика — раздел механики, в котором изучается движение материальных тел под воздействием приложенных к ним сил. В основе механики лежат законы Ньютона.
Первый закон Ньютона
Закон сохранения импульса
Рассмотрим вывод закона сохранения импульса на основе второго и третьего законов Ньютона.
Закон сохранения механической энергии
Рассмотрим замкнутую консервативную систему тел. Это означает, что на тела системы не действуют внешние силы, а внутренние силы по своей природе являются консервативными.
Полной механическ
Соударения
Рассмотрим важный случай взаимодействия твёрдых тел — соударения. Соударением (ударом) называется явление конечного изменения скоростей твёрдых тел за весьма малые промежутки времени при их непо
Закон сохранения момента импульса
Рассмотрим изолированное тело, т.е. такое тело на которое не действует внешний момент сил. Тогда Mdt = 0 и из (4.5) следует d(Iw)=0, т.е. Iw=const. Если изолированная система состоит
Гироскоп
Гироскопом называется симметричное твёрдое тело, вращающееся вокруг оси, совпадающей с осью симметрии тела, проходящей через центр масс, и соответствующей наибольшему собственному моменту инерции.
Энергия гармонического колебания
Рассмотрим теперь на примере пружинного маятника процессы изменения энергии в гармоническом колебании.
Очевидно, что полная энергия пружинного маятника W=Wk+Wp, где кинетическая
Сложение гармонических колебаний одинакового направления
Решение ряда вопросов, в частности, сложение нескольких колебаний одинакового направления, значительно облегчается, если изображать колебания графически, в виде векторов на плоскости. Полученная та
Затухающие колебания
В реальных условиях в системах, совершающих колебания, всегда присутствуют силы сопротивления. В результате система постепенно расходует свою энергию на выполнение работы против сил сопротивления и
Вынужденные колебания
В реальных условиях колеблющаяся система постепенно теряет энергию на преодоление сил трения, поэтому колебания являются затухающими. Чтобы колебания были незатухающими, необходимо каким-то образом
Упругие (механические) волны
Процесс распространения возмущений в веществе или поле, сопровождающийся переносом энергии, называется волной.
Упругие волны — процесс распространения в упругой среде механически
Интерференция волн
Интерференцией называется явление наложения волн от двух когерентных источников, в результате которого происходит перераспределение интенсивности волн в пространстве, т.е. возникают интерференци
Стоячие волны
Частным случаем интерференции является образование стоячих волн. Стоячие волны возникают при интерференции двух встречных когерентных волн с одинаковой амплитудой. Такая ситуация может возни
Эффект Допплера в акустике
Звуковыми волнами называют упругие волны с частотами от 16 до 20000 Гц, воспринимаемые органами слуха человека.
Звуковые волны в жидких и газообразных средах являются продольными. В твёрды
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
Рассмотрим в качестве простейшей физической модели идеальный газ. Идеальным называется такой газ, для которого выполняются следующие условия:
1) размеры молекул настолько малы, ч
Барометрическая формула
Рассмотрим поведение идеального газа в поле силы тяжести. Как известно, по мере подъёма от поверхности Земли давление атмосферы уменьшается.
Найдём зависимость давления атмосферы от высоты
Распределение Больцмана
Выразим давление газа на высотах h иh0 через соответствующее число молекул в единице объёмап ип0, считая, что на разных высотахT=const:
P =
Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам
Первое начало термодинамики — это обобщение закона сохранения энергии с учётом тепловых процессов. Его формулировка: количество теплоты, сообщённое системе, расходуется на выполнение работы
Число степеней свободы. Внутренняя энергия идеального газа
Числом степеней свободы называется число независимых координат, которыми описывается движение тела в пространстве. Материальная точка имеет три степени свободы, поскольку при её движении в п
Адиабатный процесс
Адиабатным называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.
В адиабатном процессеdQ = 0, поэтому первое начало термодинамики применительно к этому процессу прин
Второе начало термодинамики
Первое начало термодинамики, которое является обобщением закона сохранения энергии с учётом тепловых процессов, не указывает на направленность протекания различных процессов в природе. Так, первое
Энтропия
Введём теперь новый параметр состояния термодинамической системы — энтропию, которая принципиально отличается от других параметров состояния направленностью своего изменения. Элементарное измене
Энергия электростатического поля
Найдём вначале энергию заряженного плоского конденсатора. Очевидно, что эта энергия численно равна работе, которую нужно совершить, чтобы разрядить конденсатор.
Основные характеристики тока
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Сила тока численно равна заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника за единицу
Закон Ома для однородного участка цепи
Однородным называется участок цепи, не содержащий источника ЭДС.
Ом экспериментально установил, что сила тока на однородном участке цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорц
Закон Джоуля - Ленца
Джоуль и независимо от него Ленц экспериментально установили, что количество теплоты, выделенной в проводнике с сопротивлением R за время dt, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлен
Правила Кирхгофа
Рис. 39.1
Для расчёта сложных цепей постоянного тока применя
Контактная разность потенциалов
Если два разнородных металлических проводника привести в контакт, то
электроны получают возможность переходить из одного проводника в другой и обратно. Равновесное состояние такой системы
Эффект Зеебека
Рис. 41.1
В замкнутой цепи из двух разнородных металлов на г
Эффект Пельтье
Второе термоэлектрическое явление — эффект Пельтъе состоит в том, что при пропускании электрического тока через контакт двух разнородных проводников в нём происходит выделение или поглощени
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Рис. 24.1
а
б
,
Новости и инфо для студентов