74785

Первое начало термодинамики. Круговые, обратимые и необратимые процессы. Тепловая машина Карно и ее кпд

Доклад

Физика

Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных процессов например совершения над системой работы или сообщения ей теплоты. С другой стороны температуру газа и его внутреннюю энергию можно увеличить за счет сообщения ему некоторого количества теплоты...

Русский

2015-01-05

54 KB

1 чел.

25.Первое начало термодинамики. Круговые, обратимые и необратимые процессы. Тепловая машина Карно и ее кпд.

Первое начало термодинамики

Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется лишь ее внутренняя энергия. Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных процессов, например совершения над системой работы или сообщения ей теплоты. Так, вдвигая поршень в цилиндр, в котором находится газ, мы сжимаем этот газ, в результате чего его температура повышается, т. е. тем самым изменяется (увеличивается) внутренняя энергия газа. С другой стороны, температуру газа и его внутреннюю энергию можно увеличить за счет сообщения ему некоторого количества теплоты — энергии, переданной системе внешними телами путем теплообмена (процесс обмена внутренними энергиями при контакте тел с разными температурами).

Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работе и теплоте. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения, и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения и превращения энергии; применительно к термодинамическим процессам этим законом и является первое начало термодинамики, установленное в результате обобщения многовековых опытных данных.

Допустим, что некоторая система (газ, заключенный в цилиндр под поршнем), обладая внутренней энергией U1, получила некоторое количество теплоты Q и, перейдя в новое состояние, характеризующееся внутренней энергией U2, совершила работу А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты считается положительным, когда оно подводится к системе, а работа — положительной, когда система совершает ее против внешних сил. Опыт показывает, что в соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из первого состояния во второе изменение внутренней энергии U=U2–U1 будет одинаковым и равным разности между количеством теплоты Q, полученным системой, и работой А, совершенной системой против внешних сил:

или

  

Уравнение (51.1) выражает первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил

Круговые, обратимые и необратимые процессы

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой (рис. 84). Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (12) и сжатия (21) газа.

Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среда и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым.

Любой равновесный процесс является обратимым. Обратимость равновесного процесса, происходящего в системе, следует из того, что се любое промежуточное состояние есть состояние термодинамического равновесия; для него «безразлично», идет процесс в прямом или обратном направлении. Реальные процессы сопровождаются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т. д.), которая нами не обсуждается. Обратимые процессы — это идеализация реальных процессов. Их рассмотрение важно по двум причинам: 1) многие процессы в природе и технике практически обратимы; 2) обратимые процессы являются наиболее экономичными; имеют максимальный термический коэффициент полезного действия, что позволяет указать пути повышения к. п. д. реальных тепловых двигателей.

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим кпд обладают обратимые машины, при этом кпд обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от конструкции машины.Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Определим его кпд.

Цикл Карно схематически изображен на рис.55, где изотермическое расширение и сжатие задано соответственно кривыми 1-2 и 3-4, а адиабатические расширение и сжатие - кривыми 2-3 и 4-1.

-кпд

для цикла Карно кпд действительно определяется только температурой нагревателя холодильника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2716. Организм и среда 31.84 KB
  Организм и среда  Для учителя. Данное задание может быть использовано на разных этапах обучения: от начального до завершающего. В таблице записаны несколько основных свойств живых организмов и особенности взаимодействия организма с окружающей с...
2717. Занятие на тему Экологические права граждан 26.3 KB
  Занятие на тему Экологические права граждан Цель занятия, 1. Способствовать повышению уровня экологических правовых знаний 2. Показать ученикам, какими экологическими правами обладает гражданин нашей страны на конкретных примерах – ситуациях....
2718. Азот и фосфор — элементы жизни 26.04 KB
  Азот и фосфор — элементы жизни. Урок-игра Счастливый случай. Химия для гуманитариев Цели.  Обобщить знания учащихся о составе и свойствах соединений азота и фосфора. Развить практические умения определять вещества по качественным реакция...
2719. Антропогенные факторы воздействия на биогеоценозы 64.5 KB
  Антропогенные факторы воздействия на биогеоценозы Цели: Выделить главные факторы влияния человека на окружающую среду. Способствовать развитию речи, навыков самостоятельной работы, коммуникативных способностей учащихся. Способствовать воспитанию у д...
2720. Планеты земной группы. Планеты-гиганты 77 KB
  Астрономия - 11-й класс. Базовый курс. Планеты земной группы; Планеты-гиганты Тема: Планеты земной группы. Урок по методу проектов. Астрономия – 11 класс. Базовый курс. Дать новые знания. Разобрать основные особенности планет земной группы. Дать представление о проектной деятельности и разработать элементарный проект по заданной проблеме.
2721. Атомная энергетика и ее экологические проблемы 35.59 KB
  Атомная энергетика и ее экологические проблемы Цели: На основе многочисленных достоверных фактов анализировать и привести выводы по следующим вопросам: Существует ли опасность мирного атома? Опасна ли атомная энергетика? Загрязнении...
2722. Темперамент личности 161.44 KB
  Бинарный урок по теме: Темперамент личности Одним из факторов активизации познавательной деятельности учащихся является проведение так называемых нетрадиционных уроков по различным предметам. Учащиеся не только узнают новое в каком-то необычном ра...
2723. Через тернии – к звездам 69.62 KB
  Внеклассное мероприятие, посвященное Дню космонавтики. КВН Через тернии – к звездам Пояснительная записка По данному сценарию я дважды проводила внеклассное мероприятие, посвящённое Дню Космонавтики: 12 апреля 2001 года (к 40-летию со дня пол...
2724. Деятельностный подход на уроке астрономии на тему: 58.35 KB
  Деятельностный подход на уроке астрономии на тему: Связь физических характеристик звезд Я считаю предмет астрономии очень важным для изучения в средней школе. Древнейшая наука непостижимым образом связывает воедино все естественнонаучные дисциплин...