10)Аналитическое выражение первого начала термодинамики

Ответ: Как сказано ранее первый закон ТД устанавливает взаимосвязь между количеством теплоты, внутренней энергией и работой. При этом, количество теплоты подводимое к телу или отводимое от тела зависит от характера процесса. К основным ТД процессам относятся: изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный. Для всех этих процессов устанавливается общий метод исследования, который заключается в следующем: выводится уравнение процесса кривой P-V и T-S – диаграммах; устанавливается зависимость между основными параметрами рабочего тела в начале и конце процесса; определяется изменение внутренней энергии по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа: или при постоянной теплоемкости вычисляется работа: определяется количество теплоты, участвующее в процессе: определяется изменение энтальпии по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа: или при постоянной теплоемкости: определяется изменение энтропии: Все процессы рассматриваются как обратимые.

11)Уравнение первого закона термодинамики для потока

Ответ: На практике при рассмотрении рабочих процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучении закономерностей движения рабочих тел (газов, пара и жидкостей). Уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа при следующих допущениях: 1)движение газа по каналу установившееся и неразрывное; 2)скорости по сечению, перпендикулярному оси канала, постоянны; 3)пренебрегается трение частичек газа друг другу и о стенки канала; 4)изменение параметров по сечению канала мало по сравнению их абсолютными значениями, имеет вид: q = u + e + l_прот. + l_техн. , (5.1) где e = (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) – изменение энергии системы,  состоящий из изменения кинетической и потенциальной энергий; w₁ ,w₂ – скорости потока в начале и в конце канала; z₁ , z₂ – высота положения начала и конца канала. l_прот. = P₂· ₂ – P₁· ₁– работа проталкивания, затрачиваемая на движения потока; l_техн. – техническая (полезная) работа (турбины, компрессора, насоса, вентилятора и т.д.). q = (u₂ – u₁) + (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) + P₂· ₂ – P₁· ₁ + l_техн. (5.2) Введем понятия энтальпии, который обозначим через величину:

h = u + Pх , (5.3) ; h₂ = u₂ + P₂· ₂ ; h₁ = u₁ + P₁· ₁ . (5.4). Тогда уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа будет иметь вид: q = h₂ – h₁ + (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) + l_техн. (5.5)

12)Второе начало термодинамики

Ответ: Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения.

Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью и безусловно. Обратный процесс превращения теплоты в работу при непрерывном еѐ переходе возможен только при определенных условиях и не полностью. Теплота сам собой может переходит от более нагретых тел к холодным. Переход теплоты от холодных тел к нагретым сам собой не происходит. Для этого нужно затратить дополнительную энергию. Таким образом, для полного анализа явления и процессов необходимо иметь кроме первого закона термодинамики еще дополнительную закономерность. Этим законом является второй закон термодинамики. Он устанавливает, возможен или невозможен тот или иной процесс, в каком направлении протекает процесс, когда достигается термодинамическое равновесие и при каких условиях можно получить максимальную работу.

Формулировки второго закона термодинамики. Для существования теплового двигателя необходим 2 источника – горячий источник и холодный источник (окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника, то он называется вечным двигателем 2-го рода. Формулировка (Оствальда): "Вечный двигатель 2-го рода невозможен". Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>, где Q₁− подведенная теплота. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель, полностью превращающий подведенную теплоту в работу L, т.е. L = . Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L<) на величину отведенной теплоты – Q₂, т.е. Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка (Клаузиуса): "Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому".

Для работы теплового двигателя необходимо 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно): "Там где есть разница температур, возможно совершение работы".

Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.