Второе начало термодинамики. Принцип работы тепловой машины. Цикл Карно. КПД теплового двигателя.
Второе начало термодинамики (ВНТ)
Выражая всеобщий закон сохранения и превращения энергии, первое начало термодинамики (ПНТ) не позволяет определить направление протекания процессов
ВНТ справедливо только по отношению к термодинамическим системам. Существует несколько эквивалентных формулировок ВНТ:
1. Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему (формулировка Клаузиуса).
2. Невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы за счет охлаждения одного тела (формулировка Томсон).
3. Энтропия изолированной системы не может убывать при любых происходящих в ней процессах, т.е. dS³0, где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак больше – к необратимым процессам.(Формулировка Клаузиуса)
Формула Больцмана (31) S=klnW позволяет дать статистическое истолкование третьей формулировки ВНТ: Термодинамическая вероятность W состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать.
Оно выражает необходимые закономерности хаотического движения большого числа частиц, входящих в состав изолированной системы.
Цикл Карно
Цикл Карно изображен, где изотермическое расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1-2 и 3-4, адиабатическое расширение и сжатие – кривыми 2-3 и 4-1.
Согласно (23) КПД цикла Карно h=А/Q=( Q1-Q2)/ Q1= 1- Q2/Q1, где Q1- количество теплоты, полученное газом от нагревателя, температура которого Т1, Q2- количетво теплоты, отданное газом холодильнику, температура которого Т2. Карно показал, что для такого цикла h=(Q1-Q2)/Q1=(Т1-Т2)/Т1=1-Т2/Т1, (24) т.е. КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника. Карно предположил, что этот результат справедлив для любых термодинамических систем. |
Принцип работы тепловой машины.
Тепловой машиной называется циклическое устройство, превращающее теплоту, выделенную при сжигании топлива, в работу.
Элементы тепловой машины:
-Нагреватель
-Рабочее вещество
-Холодильник
На примере цилиндра автомобиля - происходит нагревание воздуха, повышение температуры воздуха, это вызывает поступательное движение поршня. Движущийся поршень приводит во вращение коленчатый вал, а далее через систему зубчатых передач вращательное движение передаётся колёсам.
КПД-Это работы машины к затраченной энергии.
=A/Q, =Q1-Q2/Q1
Рабочее вещество идеальной тепловой машины совершает цикл Карно.
Вывод фор-ы Карно: S(12) = =1/Tн * Qн
Qн= S(12)*Tн
-Qх= S(34)*Tх
S(34)=-S(12)Qх= Tх* S(12) ; =
14. Энтропия. Статистический смысл второго закона термодинамики.