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

4 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

22289. ДИСГОРМОНАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ И ОПУХОЛИ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ 34.5 KB
  ГИПЕРТРОФИЯ ПРОСТАТЫ Определение: дисгормональная болезнь простаты которая возникает у мужчин в пожилом и старческом возрасте и характеризуется разрастанием железистого эпителия мышечной и соединительной ткани в виде узлов. Осложнения: на фоне гиперплазий молочной железы может развиться рак. Особенно часто рак развивается на фоне цистоаденопапилломы. Первые две формы не являются предраковыми состояниями.
22290. ДИАГНОСТИКА УМСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ И ОБЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ 268.5 KB
  Другая причина умения и навыки полученные индивидами на ранних этапах своей жизни и обеспечившие их быстрое развитие сохраняются и служат предпосылками развития и в дальнейшем. Все это важные характеристики когнитивного развития человека однако они не являются показателями интеллектуальных способностей. На современном этапе несмотря на то что по проблеме интеллекта было опубликовано более 900 000 работ психология интеллекта стоит лишь в самом начале своего развития.
22291. ПСИХОДИАГНОСТИКА РАЗВИТИЯ МЛАДЕНЦЕВ И ДОШКОЛЬНИКОВ 92.5 KB
  Рассмотрим некоторые шкалы развития младенцев. Гезелл и его коллеги подготовили таблицы развития охватывающие четыре основные сферы поведения: моторику язык адаптивное и личностносоциальное поведение. Они обеспечивают стандартизированную процедуру для наблюдения и оценки хода развития поведения ребенка в обыденной жизни.
22292. ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ ГОТОВНОСТЬ К ОБУЧЕНИЮ В ШКОЛЕ 85 KB
  Поэтому важно заранее еще до начала школьного обучения выяснить насколько психические возможности ребенка соответствуют требованиям школы. Показателями развития мышления до уровня готовности к школьному обучению является способность ребенка осуществлять мыслительные операции анализа синтеза сравнения обобщения в знакомом материале сформированность нагляднообразного мышления до уровня позволяющего выполнять учебные задания характерные для начального периода обучения. Личностная готовность предполагает зрелость мотивов учебной...
22293. СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ. ЭТИЧЕСКИЙ КОДЕКС ПСИХОЛОГА-ДИАГНОСТА 69 KB
  Следует также заметить что студенты которые участвуют в учебном тестировании обычно не готовы к самостоятельному проведению диагностического обследования других людей и к интерпретации тестовых оценок. Неверные представления о характере и цели обследования а также неправильные интерпретации диагностических результатов лежат в основе многих распространенных ошибок и критических замечаний в адрес психологической диагностики. Полезный зарубежный опыт состоит также в том что для повышения профессиональных норм и улучшения качества...
22294. Психолого-педагогическая диагностика 38 KB
  Теоретические основы психодиагностики задаются соответствующими областями психологической науки общая дифференциальная возрастная медицинская психология и др. К методическим средствам психодиагностики относятся конкретные приемы изучения индивидуальнопсихологических особенностей способы обработки и интерпретации получаемых результатов. При этом направления теоретической и методической работы в области психодиагностики определяются главным образом запросами психологической практики.
22295. ИЗ ИСТОРИИ ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ 140.5 KB
  Появление тестовых методов принято связывать с бихевиоризмом. Именно этим занимались первые психодиагносты разработавшие метод тестов термин введен Ф. В своей статье Интеллектуальные тесты и измерения 1890 год журнал Mind Мысль Кеттелл писал о том что применение серии тестов к большому числу индивидов позволит открыть закономерности психических процессов и тем самым приведет к преобразованию психологии в точную науку. Вместе с тем он высказал мысль о том что научная и практическая ценность тестов возрастет если условия...
22296. КЛАССИФИКАЦИЯ ПСИХОДИАГНОСТИЧЕСКИХ МЕТОДИК 125 KB
  К формализованным методикам относятся тесты опросники методики проективной техники и психофизиологические методики. Методики высокого уровня формализации Как уже говорилось выше они включают в себя четыре главных класса методик: тесты которые в свою очередь делятся на несколько подклассов опросники методики проективной техники и психофизиологические методики. Однако по своей психологической сущности тесты и например опросники очень несходны между собой. Тесты Тесты в переводе с английского испытание проверка проба ...
22297. ТРЕБОВАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ И ПРОВЕРКЕ МЕТОДИК 135.5 KB
  Обычно авторы методики в руководстве приводят точные и подробные указания по процедуре ее проведения. Формулирование таких указаний составляет основную часть стандартизации новой методики т. Другим наиболее важным этапом в стандартизации методики является выбор критерия по которому следует проводить сравнение результатов диагностических испытаний поскольку диагностические методики не имеют заранее определенных стандартов успешности или неудачи в их выполнении. В общих чертах стандартизация диагностической методики ориентированной на...