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

51 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

84096. Демократический режим и его признакии 22.3 KB
  В демократическом государстве существует взаимная ответственность государства и личности.Предоставление широкой свободы личности предприятиям и организациям в сфере экономической деятельности которая при демократическом политическом режиме составляет основу материального благосостояния граждан.Реальная гарантированность прав и свобод личности и реальная возможность реализовать данные права и свободы.Наличие эффективной и квалифицированной судебной защиты прав и свобод личности от произвола и беззакония со стороны кого бы то ни было.
84097. Антидемократические государственно-правовые режимы 25.92 KB
  Основными чертами тоталитарного политического режима являются следующие: государство стремится к глобальному господству над всеми сферами общественной жизни к всеохватывающей власти; общество полностью отчуждено от политической власти но оно не осознает этого ибо в политическом сознании формируется представление о единстве слиянии власти и народа; господствует монопольный контроль над экономикой средствами массовой информации культурой религией и т. фактически устраняется плюрализм; происходит централизация государственной...
84098. Функции государства: понятие, признаки, содержание 20.68 KB
  Функции государства это основные направления внутренней и внешней деятельности государства в которых выражаются и конкретизируются его классовая и общечеловеческая сущность и социальное назначение. В этом определении выделены наиболее существенные признаки функций государства. Функции государства непосредственно выражают и предметно конкретизируют его классовую и общечеловеческую сущность.
84099. Внутренние функции государства современного государства и их содержание 22.02 KB
  Охранительная функция: Это функция государственной деятельности проявляется в обеспечении государством общественного и правового порядка защите и охране прав и интересов граждан и организаций защите конституционного строя и государства от противоправных посягательств. Обеспечение внутреннего мира и согласия в обществе урегулирования общественных отношений снятие социальных противоречий неизбежных в обществе состоящем из различных классов групп слоев это насущная необходимость одна из тех причин которые вызывали возникновение...
84100. Внешние функции государства современного государства и их содержание 23.61 KB
  Защита государства от вооруженных нападений других государств. Функция защиты из вне: Данная функция является важнейшим направлением деятельности государства ибо она нацелена на защиту мирного труда суверенитета и территориальной целостности государства. 30 Формы и методы осуществления функций государства Государство должно выполнять свои функции в присущих ему формах применять в своей деятельности различные методы.
84101. Механизм государства, государственный аппарат: понятие и их соотношение 21.97 KB
  Механизм государства есть та реальная организационная материальная сила располагая которой государство осуществляет власть. Механизм является структурным и предметным олицетворением государства представляет собой материальное вещество из которого оно состоит. Можно сказать что механизм суть деятельное постоянно функционирующее выражение государства.
84102. Понятие государственного органа. Классификация государственных органов 24.37 KB
  Классификация государственных органов Первичным и важнейшим структурным элементом механизма государства является орган государства. Государственный орган это звено элемент механизма государства участвующее в осуществлении функций государства и наделенное для этого властными полномочиями. Раскрытие понятия признаков данного органа позволяет глубже познать механизм государства в целом. Хотя орган государства и обладает определенной самостоятельностью автономией он служит частью единого механизма государства занимает в государственной...
84103. Государственные учреждения в механизме государства 22.34 KB
  Для обозначения этой системы обычно используют понятие механизм государства. Механизм государства это совокупность государственных органов осуществляющих государственную власти и обеспечивающих реализацию функций государства. Первичной ячейкой государства выступают его органы и учреждения.
84104. Принципы формирования и деятельности государственного аппарата 21.91 KB
  Они подразделяются на общие принципы относящиеся к механизму государства в целом и частные принципы действие которых распространяется лишь на некоторые звенья государственного механизма отдельные органы или группы органов. Общие принципы принято делить на две группы. К первой относятся принципы закрепленные в Конституции Российской Федерации ко второй принципы сформулированные в Федеральном законе Об основах государственной службы Российской Федерации и иных федеральных законах О Конституционном Суде Российской Федерации О...