Цикл Карно - раздел Химия, Термодинамика и законы разбавленных растворов. Понижение давления пара растворителя над раствором. Закон Рауля Сущность Ограничений, Налагаемых Вторым Законом На Превращение Теплоты В Рабо...
Сущность ограничений, налагаемых вторым законом на превращение теплоты в работу, можно пояснить на примере действия идеальной машины (машина работает без трения и без потерь тепла, а под рабочим телом подразумевается идеальный газ), работающей по принципу обратимого цикла С. Карно (1824 г).
Рассматриваемый цикл состоит из четырех процессов:
1) изотермического расширения;
2) адиабатического расширения;
3) изотермического сжатия;
4) адиабатического сжатия газа.
Все процессы проводятся обратимо, в результате чего газ возвращается в исходное состояние. Пусть количество газа равно 1-ому молю. Начальное состояние характеризуется температурой Т1, давлением p1, объемом V1 (точка А на рис.).
В первом процессе газ изотермически и обратимо расширяется от объема V1 до объема V2. Допустим, что теплоотдатчик так велик, что его температура заметно не изменяется. В таком процессе газ производит работу расширения А1 целиком за счет поглощения теплоты Q1.
Тогда .
Прекратив в точке В подачу тепла, дадим газу адиабатически расшириться. Работа А2, совершаемая при таком расширении, происходит целиком за счет уменьшения внутренней энергии газа, т. е. понижения его температуры. Последняя падает от Т1 до Т2. Объем газа в точке С будет . Изменение внутренней энергии в этих условиях
.
Работа в этом процессе в точности равна убыли внутреннейэнергии , откуда
.
От точки С до точки D проводим изотермическое сжатие (теплота отводится в холодильник). При изотермическом сжатии внутренняя энергия газа не изменяется, ибо температура Т2 постоянна. Вся работа А3, затрачиваемая на сжатие, переходит в теплоту Q2, которая и отводится в холодильник. Таким образом,
.
Последний процесс - адиабатическое сжатие газа - проведем следующим образом: отсоединим газ от теплоприемника и сожмем его до объема , т. е. вернем
газ в исходное состояние. В этом процессе внутренняя энергия газа возрастет на величину, равную затраченной работе сжатия А4:
; ,
т.е. .
Так как процесс в целом является круговым, то внутренняя энергия газа в конечном состоянии равна таковой в начальном состоянии, и общее количество теплоты, полученное газом, равно общему количеству произведенной им работы
.
А2 и А4 равны по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Учитывая это, получим: . Подставив вместо А1 и А3 соответствующие им значения, получим:
или
.
Используя уравнение адиабаты = соnst, где , можно доказать, что
,
тогда .
Разделив левую и правую части этого равенства на уравнение (2.1), будем иметь:
; ,
где η – коэффициент полезного действия (К.П.Д.) тепловой машины.
Отсюда видно, что коэффициент полезного действия цикла зависит только от разности температур нагревателя и холодильника. Так как Т2<Т1, то <1. Следовательно, даже в идеальном случае существует предел превращения теплоты в работу.
Можно доказать, что тепловая машина, работающая по любому реальному циклу, будет иметь коэффициент полезного действия меньше, чем работающая по циклу Карно.
Первой закон термодинамики основные формулировки и математическое выражение первого закона термодинамики Применение его к термодинамическим... Теплоемкость Виды теплоемкости Связь между средней и истинной... Закон Гесса и следствия из него Применение первого закона термодинамики к химическим процессам Связь между qp и...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Цикл Карно
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Работа расширения идеальных газов
Идеальный газ – это газ для идеализированной системы, состоящей из частиц, собственный объем которых мал по сравнению со всем объемом системы, и которые находятся в непрерывном хаотическом д
Работа расширения идеального газа.
Учитывая выведенное раннее разделение полной работы процесса на работу расширения и полезную работу (см. 1.6 и 1.10), математическое выражение первого закона термодинамики (2.3) можно представить в
Теплоемкость
Теплоемкостью называется количество теплоты, необходимое для нагревания данной массы вещества на один градус.
Различают удельную и мольную теплоемко
Температурная зависимость теплоемкости от температуры.
Температура значительно влияет на величину теплоёмкости и это влияние различно в различных температурных интервалах. Температурную теплоёмкость можно схематично рассмотреть на графике.
Закон Гесса
В 1836 г. Г. И. Гесс открыл основной закон термохимии, который является частным случаем первого закона термодинамики применительно к химическим реакциям, протекающим в изохорных или изобарных услов
Зависимость теплового эффекта от температуры.
Рассмотрим зависимость теплоты процесса от температуры. Для этого возьмем частные производные от приращения функций из уравнений теплоемкости и :
; ,
где , - изменение теплоемкост
Обратимые и необратимые процессы
Все процессы, в которых один вид энергии преобразуется в другой, строго подчиняются первому закону термодинамики. Однако этот закон ничего не говорит о направлении процесса. Так первому закону не п
Второй закон термодинамики, его формулировки
Все процессы, происходящие в окружающем нас мире, можно разделить на три группы:
· процессы, для совершение которых требуется затрата работы извне;
· процессы, для совершения кото
Энтропия как мера неупорядоченности системы.
Энтропия (S) – это мера неупорядоченности движения материи или мера деградации (рассеянности) энергии.
Всякая система со временем переходит из неравновесного состоя
Свободная и связанная энергия.
Свободная энергия Гиббса (G)есть та работа, которую могло бы совершить тело в обратимом изотермическом процессе, или свободная энергия есть максимальная
Признаки равновесных состояний.
Истинное химическое равновесие характеризуется следующими признаками:
1) В момент равновесия скорости прямой и обратной реакции равны, а концентрации всех участников реакции остаются неизм
Нормальное химическое сродство.
Для того, чтобы можно было сравнивать сродство различных веществ, было введено понятие нормального химического сродства. К уравнению нормального химического сродства легко перейти
Новости и инфо для студентов