10. Второй закон термодинамики. Энтропия.

Первый закон определяет количеств.отн. в процессе взаимопревращения тепл. и мех.энергии, но не устанавливает условий, при которых такое взаимопревращение возможно.

Условия превращения теплоты в мех.работу раскрывается во втором законе.

По Клаузиусу:

Теплота сама собой переходит лишб от тела с более высокой температурой к телу с более низкой и никогда не наоборот; некомпенсированный переход теплоты тела с меньшей температурой к телу с большей невозможен.

По Томсону:

Нельзя осуществить тепл.двигатель, единственным результатом которого было бы превращение теплоты какого-либо тела в работу, чтобы часть теплоты не передавалась другим телам.

Энтропия – функция, характеризующая меру неупорядоченности системы.

Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности системы.

Если процесс идет в направлении роста неупорядоченности, то ΔS – величина «+». Для увеличения степени порядка системы необходимо затратить энергию.

11. Понятие о круговом процессе.

Для работы любого теплового двигателя, необходимо, чтобы рабочее тела, с помощью которого тепловая энергия превращается в работу, совершила замкнутый цикл и возвратилась в начальное состояние, – процесс, кругового цикла.

Рассмотрим прямой процесс:

1.на участке 1а2 цикла рабочего тела подводится теплота q₁, а на участке 2б1 от него отводится теплота q₂.

2.на участке 1а2 цикла рабочее тело расширяется и производит «+» работу 1а234.

3.на участке 2б1 цикла рабочее тело сжимается с затратой работы сжатия, выраженной площадью 2б1432

После завершения цикла в т.1 рабочее тело приходит в первоначальное состояние, поэтому его параметры, в том числе и u, остаются неизменными.

dq=du+dl

dq=dl

q₁-q₂=q_ц=l_ц, где

q_ц – исп. в цикле теплота

l_ц – произведенная в цикле теплота

работа, произведенная за цикл, равна разности подведенного к телу кол-ва теплоты в круговом процессе, и отведенного от него кол-ва теплоты.

Для подвода и отвода теплоты служат источники тепла. Если источник отдает тепло – теплоотдатчик – источник высокой температуры, а если источник получает тепло – теплоприемником – источником с низкой температурой.

Важнейшей тепловой характеристикой является термический КПД, представляющий собой отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте подведенной.

Обратный процесс

Если процесс будет идти в обратном направлении, т.е. пр.часовой стрелки, то линия сжатия будет больше, чем линия расширения.

В обратном цикле положительная работа меньше отрицательной, поэтому полезная работа не производ., а затраченная работа от постороннего источника Е.

Направление величин q₁ и q₂ меняется на обратные.

Прямые циклы осуществл. в тепл. двигателях, обратные – в холодильных установках.

Их экономичность определяется холод.коэффициентом – отношение полезной теплоты, отнятой от холодного источника, к теплоте затраченной работы.

12. Энтальпия газа.

Энатльпия – понятию энтальпия можно дать след. объяснение:

Пусть в цилиндре под поршнем находится 1 кг газа. На поршень сверху положен груз, уравновешивающий давление газа p. Очевидно, что G=pf, где f – площадь поршня. Вся системы находится в равновесии.

В этом случае энергия системы (1 кг газа и груз) будет равна u+Gh=u+pfh

Так как fh=v, т.е. объем 1 кг газа в цилиндре, то полная энергия системы равна величине энтальпии газа (u+pv).

Энтальпию можно связать с теплоемкостью при постоянном давлении. Для этого подставим в уравнение вместо u и pv их значения при температуре T, т.е. u=C_VT и pv=RT.

i=C_VT+RT=T(C_V+R)

i=C_pT

C_V+R=C_p

Если отсчет энтальпии вести от нормального состояния, то при C_p=const

i=C_pT

Таким образом, энтальпия газа при температуре T численно равная количеству телопты, которое подведено к газу в процессе нагревания его от 0 К до температуры T при постоянном давлении. В термодинамических расчетах обычно принимают не абсолютное значение энтальпии, а ее изменение. В теплотехнических справочниках приведены значения энтальпии ряда веществ в различных состояниях.