I и II законы термодинамики – как исключение вечного двигателя I-го и II-го рода

Второй закон термодинамики (начало)

План лекции.

1. I и II законы термодинамики – как исключение вечного двигателя I-го и II-го рода.

Равновесное состояние термодинамической системы, обратимый и необратимый процессы, циклы.

3. Цикл Карно: диаграммы цикла Карно; КПД цикла Карно; КПД реальных тепловых машин; теоремы Карно; обратный цикл Карно; холодильные машины; коэффициент преобразования.

II начало термодинамики, его формулировки.

Энтропия.

1. Второй закон термодинамики – является фундаментальным законом природы. Имеет большое практическое и философское применение.

Чтобы конструировать оптимальные системы, потребляющие горючее и производящие работу, необходимо уяснить ограничения, налагаемые II Н.Т.

Одна из формулировок:

Невозможно совершить работу за счет энергии тел, находящихся в тепловом равновесии.

Второй закон термодинамики исключает возможность построения вечного двигателя второго рода – за счет тел находящихся в тепловом равновесии и за счет… Равновесным называется состояние системы, в котором система может находиться… p, V, T=const.

Если изолированная система переходит из состояния А в состояние В и обратно в А, и в системе и окружающих телах никаких изменений не происходит, то процесс обратимый.

При невыполнении этих условий – необратимый.

Если система переходит из А в В, а обратный переход осуществляется через другие промежуточные состояния, то это круговой процесс или цикл.

Циклы могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Вообще тепловые процессы являются необратимыми. Необратимы все процессы, связанные с трением тел.

Однако, в ряде случаев, исключив контакт с окружающей средой (аддиабатически) можно приблизиться к обратимому процессу.

Различают прямой и обратный цикл.

Работа: А=Q1-Q2 . Обратный цикл: А=Q2-Q1. Цикл холодильной машины. 3. Рассмотрим тепловую машину, КПД которой самый высокий, самая эффективная среди всех тепловых машин. Её называют…

На этом принципе работают холодильники, тепловые насосы.

Это отношение тепла, отобранного у охлаждающегося тела, к затраченной на это работе.

; Т.е. на каждый Дж. электроэнергии приходится 4,2 Дж тепла, отнятого от… Но опять надо учитывать, что это идеальный случай, без потерь, цикл Карно, и формула:

Итак, Второе начало термодинамики позволяют построить тепловые машины, преобразующие тепло в работу.

Однако, непосредственно отнять от нагретого тела тепло и превратить его в работу невозможно, необходимо промежуточное тело, рабочее тело, через которое необходимо осуществлять это превращение. При этом всегда окажется, что рабочее тело для совершения работы необходимо нагреть за счет энергии источника, и не вся эта энергия перейдет в работу, большая часть уйдет в окружающую среду.

Например, почему бы не использовать энергию тепловую, заложенную в океане? Даже при η=1% получили бы огромную энергию 10 ²⁴ Дж. А солнечная радиация восстановила бы тепло океана. Однако, второй закон термодинамики утверждает: невозможно прямое преобразование теплового движения молекул в работу без какой-либо машины.

Выводы:

Итак, можно построить тепловую машину, преобразующую тепло в работу.

Работа, получаемая при тепловом процессе, максимальна, если процесс обратим.

КПД обратимых процессов выше, чем у необратимых. Реальные процессы необратимы.

Максимальное КПД у тепловых машин, работающих, по циклу Карно, это идеальный случай, исключающий потери на трение.

Нельзя забрать тепло более холодного тела и превратить его в полезную работу без дополнительных затрат энергии, самопроизвольно этот процесс недостижим (холодильная машина).

Невозможны процессы единственным конечным результатом которых явилась бы отнятие от некоторого тела определенного количества тепла и превращение этого тепла в работу.