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

9143. Личность ученика как субъекта образования и развития 116 KB
  Личность ученика как субъекта образования и развития В каждом человеке живет несколько потенциальных личностей, любую из которых можно развить и воспитать. Именно образование, в широком смысле слова, можно назвать средством, позволяющим каждом...
9144. Методология и методы педагогических исследований 68.5 KB
  Методология и методы педагогических исследований Понятие о методологии педагогики. Методологические принципы педагогических исследований. Классификация и характеристика методов педагогического исследования. Понятие о методол...
9145. Методы, формы и средства воспитания и самовоспитания 132.5 KB
  Методы, формы и средства воспитания и самовоспитания Сущность понятия метод воспитания, прием воспитания, средства воспитания. Классификация методов воспитания И.Т. Щукиной. Характеристика методов воспитания и самовосп...
9146. Образование как целостный педагогический процесс 47.5 KB
  Образование как целостный педагогический процесс План Понятие о педагогическом процессе его характеристика, компоненты и структура. Движущие силы педагогического процесса. Педагогический процесс как целостное явление. Законом...
9147. Педагогика в системе наук о человеке 132 KB
  Педагогика в системе наук о человеке. Возникновение педагогики как науки. 2. Объект, предмет, функции и задачи педагогики. 3. Понятийный аппарат педагогики. Структура педагогических наук. Связь педагогики с другими наук...
9148. Сущность, закономерности, принципы процесса воспитания и самовоспитания 55.5 KB
  Сущность, закономерности, принципы процесса воспитания и самовоспитания 1. Характеристика особенностей процесса воспитания. 2. Содержание и основные этапы процесса воспитания. 3. Самовоспитание и перевоспитание как неотъемлемые компонент...
9149. Технология организации педагогической деятельности классного руководителя 113.5 KB
  Технология организации педагогической деятельности классного руководителя Технологические аспекты деятельности классного руководителя. Функции классного руководителя. Взаимодействие классного руководителя с учителями-предметниками,...
9150. Технология работы педагога по профилактике девиантного поведения подростков 120 KB
  Технология работы педагога по профилактике девиантного поведения подростков 1. Причины и факторы возникновения девиантного поведения. 2. Общая характеристика и психологические типы девиантного поведения учащихся. 3. Система работы педагога по устран...
9151. Ученическое самоуправление в школе. Деятельность организаций и объединений учащихся 65.5 KB
  Ученическое самоуправление в школе. Деятельность организаций и объединений учащихся Суть ученического самоуправления. Формы школьного самоуправления. Условия, способствующие развитию самоуправления. Детское движение и детские объед...