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

50 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

67266. Толерантность как принцип поведения в мультикультурном мире 38 KB
  Основные подходы к определению понятия толерантность. Противостоять этому может толерантность как общечеловеческая обстановка культурного сознания и поведения. Благодаря усилиям ЮНЕСКО понятие толерантность стало международным термином. В ней толерантность определяется как признание единства и многообразия человечества взаимозависимости...
67267. ПРАВО И ЛИЧНОСТЬ 324.5 KB
  Многообразные связи права и личности наиболее полно могут быть охарактеризованы через понятие правового статуса в котором отражаются все основные стороны юридического бытия индивида: его интересы потребности взаимоотношения с государством трудовая и общественно-политическая деятельность...
67268. Витрати підприємства 29.48 KB
  Витрати обігу є якраз досить складною економічною категорією, яка у вартісній формі виражає затрати трудових, матеріальних і фінансових ресурсів для здійснення господарської діяльності. Поділ витрат обігу за основними ознаками (класифікація) дозволяє покращити облік, поглибити аналіз...
67269. Абсолютне і фіксоване позиціонування CSS 125 KB
  Абсолютно позиційовані елементи повністю видаляються з потоку документа. Це означає, що вони взагалі не роблять впливу на свій елемент предок або на елементи, які з’являються після них у вихідному коді. Абсолютно позиційований елемент буде перекривати інший контент...
67270. ВЕГЕТАТИВНАЯ ФУНКЦИЯ ЦНС 127 KB
  Эта классификация остаётся общепризнанной и в настоящее время хотя в отечественной литературе энтеральный отдел состоящий из нейронов межмышечного и подслизистого сплетений желудочнокишечного тракта довольно часто называют метасимпатическим.
67271. Лексика с точки зрения сферы употребления 95 KB
  С точки зрения сферы употребления лексика делится на две большие группы: общеупотребительная ограниченной сферы употребления. Общеупотребительная лексика Общеупотребительная общенародная лексика это слова понимание и употребление которых не зависят ни от места...
67272. ПОЛІТИЧНА ЕЛІТА І ПОЛІТИЧНЕ ЛІДЕРСТВО 141 KB
  Сутність політичної еліти. Теорія еліти це сукупність соціально-політичних концепцій які стверджують що необхідними складовими будьякої соціальної структури є найвищі привілейовані верстви правляча меншість яка панує над іншим населенням.
67273. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮ 66 KB
  Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые подвергаемые цементации и улучшаемые подвергаемые закалке и отпуску практически не обязательно высокому. Инструментальные стали условно подразделяют на следующие четыре категории: углеродистые легированные штамповые и быстрорежущие.
67274. Маркетинг и общество 32.63 KB
  Маркетинг одна из основополагающих дисциплин для профессиональных деятелей рынка таких как розничные торговцы работники рекламы исследователи маркетинга заведующие производством новых и марочных товаров и т. По определению основоположника теории маркетинга американского ученого...