1.3 Второй закон термодинамики

Круговые термодинамические процессы (циклы) и их особенности. Работа цикла. Прямые и обратные циклы. Назначение, тепловой баланс и термодинамический КПД прямых обратимых циклов. Назначение, тепловой баланс, холодильный коэффициент и коэффициент преобразования энергии обратных обратимых циклов. Изображение циклов в p,υ – диаграмме. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода.

Обратимые и необратимые процессы. Причины и условия обратимости и необратимости.

Формулировки второго закона термодинамики. Условия получения работы в тепловом двигателе. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода.

Прямой обратимый цикл Карно и его термический КПД. Теорема Карно и термический принцип повышения эффективности циклов. Общие свойства обратимых и необратимых циклов (теорема Клаузиуса). Энтропия как функция состояния любого тела. Тепловая диаграмма температура – энтропия и ее свойства. Обратимый цикл Карно как предельный по термической эффективности цикл. Средние температуры подвода и отвода теплоты в цикле. Регенеративный (обобщенный) цикл. Изменение энтропии в необратимых процессах. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики. Границы применимости второго закона термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность. Проблема «тепловой смерти» в современном освещении.

Работоспособность (эксергия) термодинамических систем. Эффективность преобразования энергии. Эксергия теплоты и рабочего тела. Потеря эксергии (работоспособности) в необратимых процессах (уравнение Гюи-Стодола).

1.4 Дифференциальные уравнения термодинамики

Основные математические методы. Функции состояния и процесса. Уравнения Максвелла. Частные производные внутренней энергии и энтальпии. Теплоемкости c_p и c_v.

1.5 Равновесие термодинамических систем и фазовые переходы

Гомогенные и гетерогенные термодинамические системы. Общие условия термодинамического равновесия. Виды взаимодействия термодинамической системы с окружающей средой. Термодинамические потенциалы. Основные характеристические функции и их свойства. Химический потенциал. Условия устойчивости и равновесия в изолированной однородной системе. Условия фазового равновесия. Фазовые переходы первого рода. Правило фаз Гиббса и его анализ. Фазовая диаграмма давление-температура чистого вещества. Тройная и критическая точки. Уравнение кривой фазового перехода (уравнение Клапейрона– Клаузиуса) и его анализ для фазовых переходов: жидкость – пар, твердое тело-жидкость и твердое тело-пар.

1.6 Термодинамические свойства веществ

Общие представления о реальных состояниях вещества. Опыт Эндрюса. Действительные изотермы вещества в p,υ – диаграмме на примере диоксида углерода. Критическое состояние веществ. Понятие реального газа и пара. Качественные особенности и количественные отклонения реальных газов от идеального газа. Уравнение Ван-дер-Ваальса и его анализ. Метастабильные и стабильные состояния. Уравнение состояния реального газа.

Пары. Основные определения. Диаграмма υ-Т для пара. Процессы подогрева жидкости, парообразования, перегрева пара. Параметры насыщенной жидкости, влажного, сухого насыщенного и перегретого паров. Степень сухости. Таблицы насыщенных и перегретых паров воды и холодильных агентов. Термодинамические диаграммы состояния вещества: p-υ,T-s, h-s и p-h.