32773

Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Второе начало термодинамики. Независимость КПД цикла Карно от рабочего вещества. Лемма Карно

Доклад

Физика

Второе начало термодинамики. Следовательно согласно I началу термодинамики работа совершаемая двигателем равна =Q1Q2 Коэффициентом полезного действия КПД теплового двигателя называется отношение работы совершаемой двигателем к количеству теплоты полученному от нагревателя η=Q1Q2 Q1 КПД тепловой машины всегда меньше единицы η=1Q2 Q1 Следовательно невозможно всю теплоту превратить в работу. Отсюда Q2 T2≥Q1 T1 На основании этого неравенства можно прийти к понятию энтропия и второму началу термодинамики. Второе начало термодинамики ...

Русский

2013-09-05

47 KB

49 чел.

49.Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Второе начало термодинамики. Независимость КПД цикла Карно от рабочего вещества. Лемма Карно.

 

Тепловые машины могут иметь разную конструкцию. Это может быть паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель. Любой тепловой двигатель работает по замкнутому циклу и имеет нагреватель, рабочее тело двигателя и холодильник. В процессе работы теплового двигателя рабочее тело двигателя получает от нагревателя количество теплоты Q1, совершает работу A и передает холодильнику количество теплоты Q2<Q1. Для замкнутого цикла изменение внутренней энергии равно нулю (∆U=0). Следовательно, согласно I началу термодинамики, работа, совершаемая двигателем, равна A=Q1-Q2 Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя η=Q1-Q2/Q1 КПД тепловой машины всегда меньше единицы η=1-Q2/Q1 Следовательно, невозможно всю теплоту превратить в работу. Ученые всегда стремились повысить КПД. В первой половине XIX в. французский ученый Сади Карно показал, что максимально возможное значение КПД тепловой машины равно ηmax=T1-T2/T1=1-T2/T1, где T1 - температура нагревателя, T2 - температура холодильника. Из сравнения уравнений (4.18) и (4.19) следует, что ηmax ≥ η или 1-T2/T1≥1Q2/Q1. Отсюда Q2/T2Q1/T1 На основании этого неравенства можно прийти к понятию энтропия и второму началу термодинамики. Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному значению - важнейшая техническая задача. Однако, все тепловые двигатели выделяют большое количество теплоты, что называется тепловым загрязнением, и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения.

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

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.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (такой процесс называется процессом Клаузиуса).

Постулат Томсона: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

Эквивалентность этих формулировок легко показать. В самом деле, допустим, что постулат Клаузиуса неверен, то есть существует процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Тогда возьмем два тела с различной температурой (нагреватель и холодильник) и проведем несколько циклов тепловой машины забрав тепло Q1 у нагревателя, отдав Q2 холодильнику и совершив при этом работу A = Q1Q2. После этого воспользуемся процессом Клаузиуса и вернем тепло Q2 от холодильника нагревателю. В результате получается, что мы совершили работу только за счет отъёма теплоты от нагревателя, то есть постулат Томсона тоже неверен.

С другой стороны, предположим, что неверен постулат Томсона. Тогда можно отнять часть тепла у более холодного тела и превратить в механическую работу. Эту работу можно превратить в тепло, например, с помощью трения, нагрев более горячее тело. Значит, из неверности постулата Томсона следует неверность постулата Клаузиуса.

Таким образом, постулаты Клаузиуса и Томсона эквивалентны.

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии). 

Такая формулировка основывается на представлении об энтропии как о функции состояния системы, что также должно быть постулировано.

В состоянии с максимальной энтропией макроскопические необратимые процессы (а процесс передачи тепла всегда является необратимым из-за постулата Клаузиуса) невозможны.

Теорема Карно-Клаузиуса: коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей обратимо по циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела машины, а лишь от температуры нагревателя и температуры холодильника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26857. Мочевой пузырь и мочеточник 4.31 KB
  В тазовой полости в мочеполовой складке брюшины он переходит на дорсальную стенку мочевого пузыря и на границе серозной оболочки и адвентиции прободает мышечную оболочку следуя на коротком расстоянии до 3 5 см у крупных животных между мышечной и слизистой оболочками и открывается в полость мочевого пузыря. Такое взаимоотношение мочеточника с оболочками мочевого пузыря препятствует обратному поступлению мочи из мочевого пузыря в мочеточники но не мешает току мочи от почек в пузырь. Он представляет собой мешок грушевидной формы на...
26858. Основные данные фило- и онтогенеза органов размножения 4.26 KB
  Рядом с протоком промежуточной почки одновременно с возникновением половых складок появляется особый клеточный тяж одной стороной примыкающий к протоку промежуточной почки. В дальнейшем этот тяж обособляется от протока промежуточной почки И становится мюллеровым каналом половой системы самок.Передние мочеотделительные трубочки промежуточной почки образуют прямые канальцы и семенниковую сеть.Задние мочеотделительные трубочки промежуточной почки сохраняются в виде сильно редуцированных остатков в области придатка семенника.
26859. Анатомический состав и морфофункциональная хар-ка органов размножения самцов и самок 2.9 KB
  В целом морфология органов половой системы самца и самки паренхиматозного и трубчатого строения обеспечивает два вида процессов: 1 трофику развитие гонады и плода и 2 проведение половых клеток введение половых органов самца в половые пути самки и выведение по ним развившегося плода.Половой аппарат самца и самки имеет общие принципы строения и состоит из нескольких отделов: а половые железы парные: у самцов семенники у самок яичники вырабатывающие половые клеткиб половые протоки про водящие половые клетки семяпроводы у...
26860. Семенниковый мешок 1.88 KB
  Состоит семенниковый мешок из мошонки и влагалищных оболочек. Кожа мошонки cutis scroti покрыта мелкими волосами содержит потовые и сальные железы. По средней сагитталь'ной линии на ней выделяется шов мошонки. Она очень прочно сращена с кожей мошонки образуя одну оболочку.
26861. Семенники и придатки 4.39 KB
  Семенник подвешен на семенном канатике в семенниковом мешке; по форме он напоминает эллипсоид; с ним тесно связан придаток семенника . Головчатый конец extremitas capitata характеризуется наличием на нем головки придатка семенника которая бывает то плоская то толстая почти такая же как и хвост придатка . На придаточном крае семенника margo epididymidis прикрепляется брыжейка семенника и располагается тело придатка. Край семенника противоположный придатковому называется свободным краем .
26862. Семенной канатик и семяпровод 3.07 KB
  Семенной канатик и семяпровод. Семяпровод ductus deferens представляет собой семя проводящую трубку из слизистой мышечной и серозной оболочек; он служит продолжением канала придатка и выходит из его хвоста В составе семенного канатика с его медиальной стороны семяпровод направляется через. паховый канал в брюшную полость и затем идет в семяпроводной складке plica ductus deferentis в тазовую полость. Позади шейки последнего семяпровод соединяется с выводным протоком пузырьковидной железы в семяизвергающий проток ductus...
26863. Мочеполовой канал и придаточные половые железы 4.84 KB
  Мочеполовой канал начинается внутренним отверстием уретры ostium urethrae internum : из шейки мочевого пузыря и оканчивается наружным отверстием уретры ostium urethrae externum на головке полоеого члена. Губчатая часть pars spongiosa начинается от перешейка уретры и заканчивается на переднем конце головки полового члена образуя здесь отросток уретры processus urethrae. Кавернозный слой мужской уретры stratum cavernosum в своей основе имеет соединительнотканный остов. bulbourethral парная; размещается в каудальной части...
26864. Половой член и препуций 3.74 KB
  Половой член penis состоит из пещеристого тела полового члена и удовой части мочеполового канала. Пещеристое тело полового члена corpus cavernosum penis в области седалищной дуги прикрепляется к седалищным костям двумя ножками crus penis. Ножки формируют непарное тело corpus penis. Корень полового члена radix penis образован ножками кавернозного тела и началом удовой части мужской уретры.
26865. Яичники и яйцеводы домашних животных 3.89 KB
  Передний конец яйцепровода формирует воронкообразное расширение. В глубине воронки находится брюшное отверстие яйцепровода ostium abdominale tubae uterinae. Брюшное отверстие ведет в краниальную часть яйцепровода ампулу ampulla tubae uterinae.