Pirmasis termodinamikos įstatymas yra vienas iš labiausiai paplitusių ir esminių gamtos įstatymų. Tai nėra žinomas vienas procesas, kuriame bent jau

tam tikru mastu jo pažeidimas būtų laikomasi. Jei bet koks procesas draudžiamas pirmuoju įstatymu, galite būti visiškai įsitikinusi, kad niekada neįvyks. Tačiau šis įstatymas nepateikia jokių nurodymų, kokių krypties procesai kuria, kad patenkintų energijos taupymo principą.

Paaiškinkime šį pavyzdį.

Šiluminių procesų kryptis. Pirmasis termodinamikos įstatymas nieko nesako apie šilumos mainų kryptį tarp skirtingų terminio kontakto temperatūros. Kaip jau buvo aptarta pirmiau, šilumos mainai atsiranda, kad temperatūra būtų suderinta ir visa sistema linkusi į šiluminės pusiausvyros būklę. Tačiau pirmoji teisė nebūtų sutrikdyta, jei, priešingai, šilumos perdavimas buvo nuo kūno su žema temperatūra į kūną su aukštesniu, su sąlyga, kad visiškas vidaus energijos tiekimas išliktų nepakitęs. Tačiau kasdieninė patirtis rodo, kad ji niekada neįvyks.

Kitas pavyzdys: kai akmuo nukrenta tam tikru aukščiu, visa jo laipsniško judėjimo kinetinė energija išnyksta, kai patiekiamos žemės ir pačios akmens vidinė energija ir jos supa, kad energijos taupymo įstatymas, žinoma, , neatsiranda sutrikdyta. Tačiau pirmasis termodinamikos įstatymas neprieštarautų grįžimo procesui, kuriame akmuo būtų perduotas nuo aplinkinių daiktų tam tikrą šilumos kiekį iš aplinkinių daiktų, dėl kurių akmuo pakiltų į tam tikrą aukštį. Tačiau niekas niekada nesilaikė tokių spontaniškų takelių akmenų.

Skirtingų tipų energijos netolygumą. Mąstydami į šiuos ir kitus panašius pavyzdžius, mes pasiekėme išvadą, kad pirmoji termodinamikos įstatymai nenustato jokių apribojimų dėl energijos transformacijų krypties iš vienos rūšies ir į šilumos perėjimo tarp įstaigų krypties kryptimi, reikalauja tik pagrindinio energijos tiekimo uždarose sistemose. Tuo tarpu patirtis rodo, kad skirtingos energijos rūšys nėra lygios gebėjimui kreiptis į kitus tipus.

Mechaninė energija gali būti visiškai paversti bet kurios kūno energija, nepriklausomai nuo to, kokia buvo jo temperatūra. Iš tiesų, bet kuris kūnas gali būti šildomas trintis, didinant jo vidinę energiją pagal vertę, lygų tobulam darbui. Panašiai, elektros energija gali būti visiškai konvertuojama į vidinį, pavyzdžiui, kai elektros srovė perduodama per atsparumą.

Dėl atvirkštinių transformacijų vidaus energijos į kitų tipų, yra tam tikrų apribojimų, susidedančių į tai, kad vidaus energijos tiekimas jokiu būdu negalima pasukti

visai kitoms energijos rūšims. Su žymiais energijos transformacijų ypatumai yra susijęs su pobūdžio procesų kryptimi. Antrasis termodinamikos įstatymas, atspindintis natūralių procesų dėmesio ir apribojimų dėl galimų Energijos transformacijų kryptimis makroskopinėse sistemose, yra ir bet kokio pagrindinio įstatymo, daugelio patyrusių faktų apibendrinimas.

Apskritai įsivaizduokite fizinį antrojo termodinamikos įstatymo turinį, tai apsvarstykite daugiau apie terminio proceso atšaukimo klausimą.

Grįžtami ir negrįžtami procesai. Jei pakanka lėtai keisti sąlygas, kad nagrinėjamos sistemos sistemos tekančios proceso tempas buvo gerokai mažesnis už atsipalaidavimo greitį, tada toks procesas yra fiziškai pristatyti artimo grandinę vieni kitiems iš pusiausvyros. Todėl toks procesas apibūdinamas tomis pačiomis makroskopiniais parametrais kaip pusiausvyros būklė. Šie lėtai procesai vadinami pusiausvyra arba quasistatic. Su tokiais procesais sistema gali būti apibūdinama pagal parametrus, pvz., Slėgis, temperatūra ir kt. Realūs procesai yra ne pusiausvyros ir gali būti laikoma pusiausvyra su didesniu ar mažesniu tikslumu.

Apsvarstykite šiuos pavyzdžius.

Leiskite dujoms būti cilindriniame inde, uždarytu stūmokliu. Jei stumti stūmoklį galutiniu greičiu, tada dujų plėtimosi bus negrįžtamas procesas. Iš tiesų, kai tik stūmoklis yra ištrauktas, dujų slėgis tiesiogiai stūmoklis bus mažesnis nei kitose cilindro dalyse. Toks procesas negali būti grįžtamas per tas pačias tarpines būsenas, nes kai stūmoklis yra atskleista, jis nebus stūmoklis nuo galutinio greičio šalia stūmoklio, bet jos suspaudimas. Taigi sparčiai plėtojant arba dujų suspaudimą suteikia negrįžtamo proceso pavyzdį.

Norėdami išplėsti grietinėlės ryškiai ryškiai, reikia lėtai stumti stūmoklį. Tuo pačiu metu dujų slėgis bus lygus kiekvienu tuo pačiu metu, dujų būklė priklausys nuo stūmoklio padėties, o ne nuo jo judėjimo krypties, o procesas bus grįžtamas.

Labiausiai ryškus dujų išsiplėtimo proceso negrįžtamas, kai išsiliejimas atsiranda negaliojančiu be mechaninio darbo.

Negrįžtami visi procesai kartu su šilumos mainais tarp skirtingų temperatūrų. Tokio šilumos mainų negrįžtamumas yra ypač aiškiai matomas kontaktinėje įstaigų temperatūroje.

Negrįžtami yra procesai, kuriuose mechaninė energija patenka į vidaus trintį, kuris dažnai sako, kad šilumos pasirinkimas dėl trinties. Nesant trinties, visi mechaniniai procesai būtų grįžtami.

Taigi, pusiausvyros grįžtamasis procesai yra abstrakcija, ir praktiškai, dėl trinties ir šilumos mainų egzistavimo nerasta. Tačiau termodinamikos pusiausvyros procesų tyrimas leidžia nurodyti, kaip procesai turėtų būti atliekami realiose sistemose, kad gautumėte geriausius rezultatus.

Įvairios antrosios termodinamikos teisės formuluotės. Istoriškai antrojo įstatymo termodinamikos atidarymas buvo susijęs su maksimalaus efektyvumo šiluminių mašinų, kurias atliko Prancūzijos mokslininkas Sadi Carlo klausimas. Vėliau R. Clausius ir W. Thomson (Viešpats Kelvinas) pasiūlė įvairius tipus, tačiau lygiavertė antrojo termodinamikos įstatymų formuluotė.

Remiantis Clausiaus formuluotu, procesas yra neįmanomas, vienintelis rezultatas būtų šilumos perėjimas nuo kūno, kurio temperatūra yra žemesnė temperatūra.

Thomson suformulavo antrąjį termodinamikos įstatymą taip: periodinis procesas yra neįmanomas, vienintelis galutinis rezultatas būtų darbas dėl šilumos, paimtos iš vienos kūno.

Sąvoka "Vienintelis rezultatas" šiose formulėse reiškia, kad jokių kitų pokyčių, be to, taip pat svarstoma sistemų, nevyksta aplinkinių organų. Sąlyginė schema tokio pobūdžio proceso draudžiama išlygos postulate yra parodyta Fig. 56, ir Tomsono poonio draudžiama procesas yra Fig. 57.

Sudarant Thomson, antrasis termodinamikos įstatymas nustato vidinės energijos konversijos apribojimus į mechaniką. Nuo "Thomson" formuluotės, iš to išplaukia, kad neįmanoma statyti automobilio, kuris atliks darbą tik gaunant šilumą iš aplinkos. Tokia hipotetinė mašina gavo amžinojo variklio pavadinimą antrojo pobūdžio, nes dėl neribotos vidaus energijos atsargos žemėje, vandenyne, atmosfera būtų lygiavertė amžinam varikliui visais praktiniais tikslais.

Amžinasis antrosios rūšies variklis neprieštarauja pirmam termodinamikos įstatymui, skirtingai nei pirmojo natūra amžinojo variklio, t. Y., prietaisai, skirti dirbti ne naudojant energijos šaltinį.

Clausius ir Thomson formuluotės lygiavertiškumas. Termodinamikos antrosios teisės formuluotės lygiavertiškumas, \\ t

sprendžia Clausius ir Thomson, jis yra nustatytas paprastu argumentu.

Tarkime, kad "Thomson" postuluoja nesąžininga. Tada galima atlikti tokį procesą, vienintelis rezultatas būtų šilumos našumas, paimtas iš vienintelio šaltinio su T. There "temperatūra gali būti, pavyzdžiui, trintis, vėl įjunkite į šilumą perduoda organizme, kurio temperatūra yra didesnė už tai. Vienintelis tokio sudėtinio proceso rezultatas būtų šilumos perėjimas nuo kūno su temperatūra t iki kūno su aukštesne temperatūra. Tačiau tai prieštarautų Clausius. Taigi, Clausius postulate negali būti teisinga, jei "Thomson" postulate yra neteisinga.

Tarkime, kad dabar, priešingai, nepagrįstai paklausti Clausius, ir mes parodysime, kad tuo pačiu metu Tomsono postulatas taip pat negali būti atliekamas. Mes statome įprastą šilumos mašiną, kuri veiks, tampa šiluma iš šildytuvo, suteikiant šaldytuvui ir paverčiant darbo skirtumą (58 pav.).

Kadangi Clausius laikysena yra manoma, yra neteisinga, galima atlikti procesą, kuris vienintelis rezultatas bus šilumos kiekis, lygus šaldytuvui į šildytuvą. Schematiškai tai rodoma dešinėje Fig. 58.

Fig. 56. hipotetinio įtaiso schema, kurioje Clausius postulate yra sugadintas

Fig. 57. Schema diagrama hipotetinio įtaiso, kuriame "Tomson" postulatas yra sugadintas

Fig. 58. Derinant įrenginį, parodytą Fig. 56, kurioje yra sugadintas Clausius Papildymas, gauname sistemą, kurioje pažeidžiamas Tomsono postulatas.

Kaip rezultatas, šildytuvas duos darbinio skysčio šilumos aparato šilumos kiekį ir gauti procesą, prieštaraujant išlyginimams, šilumos kiekis, kad apskritai jis suteiks šilumos kiekį, lygių tiksliai sumai

Šilta mašina virsta darbu. Šaldytuve apskritai nėra jokių pokyčių, nes jis suteikia ir gauna tą patį šilumos kiekį dabar aišku, kad derinant šilumos įrenginio veikimą ir procesą, priešingai nei Clausius, galite gauti a Procesas, prieštaraujantis Tomsono postului.

Taigi, Clausius ir Thomson postulatai yra arba ištikimi, tiek abu yra neteisingi, ir šia prasme jie yra lygiaverčiai. Jų teisingumą makroskopinėms sistemoms patvirtina visi esami eksperimentiniai faktai.

Karateodory principas. Fizinis turinys antrojo įstatymo termodinamikos su Clausius ir Thomson formuluotės yra išreikštas kaip įtatikimu apie konkrečių šiluminių procesų neįmanoma. Tačiau galima pateikti tokią formuluotę, kurioje nenurodoma proceso rūšis, kurio neįmanoma šio įstatymo patvirtinimo. Ši formuluotė vadinama kartodory principu. Pagal šį principą, šalia kiekvienos pusiausvyros būklės bet termodinaminės sistemos, yra ir kitos pusiausvyros valstybės nepasiekiamas nuo pirmojo adiabatinio kelio.

Parodykime "Thomson" formulavimo lygiavertiškumą ir kartodory principą. Tegul savavališkos termodinaminės sistemos tvariniai transformuoja iš kai kurių būsenos 1 į uždaryti 2 būseną, gaunant tam tikrą šilumos kiekį ir atliekant darbą, tada pagal pirmąjį termodinamikos įstatymą

Grąžiname adiabatiškai nuo valstybės 2 į valstybę, tada tokiu atvirkštiniu procesu, šilumos mainai nėra, o pirmoji termodinamikos įstatymas

kur yra sistemos atliktas darbas. Sulankstoma (1) ir (2), mes gauname

Santykis (3) rodo, kad tokiame cikliniame procese sistema, grįžta į pradinę būseną, įjungta visą gautą šilumą. Tačiau neįmanoma pagal antrąjį termodinamikos įstatymą į Thomson formuluotę. Taigi toks ciklinis procesas nėra veiksmingas. Pirmasis etapas visada yra įmanoma: šiame etape šiluma yra tiesiog tiekiama į sistemą, ir jokios kitos sąlygos nėra surinktos. Todėl tik antrasis etapas yra neįmanomas čia, kai pagal sąlygą, sistema turėtų grįžti į pradinę adiabatiškai būseną. Kitaip tariant,

valstybė yra adiabatiškai nepasiekiama nuo valstybės arti valstybės.

Adiabatinės prilaikinamumo principas reiškia, kad beveik visi realūs fiziniai procesai atsiranda su šilumos mainais: adiabatiniai procesai yra reta išimtis. Šalia kiekvienos pusiausvyros būsenai yra daug kitų, perėjimas prie kurio būtinai reikia šilumos mainų, ir tik keletas iš jų gali būti prieinama adiabatiškai.

Remiantis antrojo termodinamikos įstatymo formuluotėmis, galima gauti CARNO rezultatus už didžiausią galimą šiluminių įrenginių efektyvumą. Dėl terminės mašinos, kuri atlieka ciklą tarp fiksuoto temperatūros šildytuvo ir šaldytuvo su temperatūros koeficientu, negali viršyti verčių

Didžiausia vertė yra nustatoma pagal formulę (4), jis pasiekiamas prie šilumos įrenginio, atliekančio grįžtamąjį ciklą, neatsižvelgiant į tai, kas yra naudojama kaip darbo skystis. Šis pareiškimas vadinamas Paprastai teorest Carno bus įrodyta žemiau.

Ciklas yra grįžtamas, jei jis susideda iš grįžtamųjų procesų, t. Y., Toks, kuris gali būti atliekamas bet kuria kryptimi per tą pačią pusiausvyros grandinę.

Fig. 59. CARNO ciklas "-diagram" idealiose dujose

Vienintelis grįžtamasis ciklinis procesas, kuris gali būti atliekamas tarp šildytuvo ir šaldytuvo su fiksuota temperatūra, yra vadinamasis Carno ciklas, sudarytas iš dviejų izotermų ir dviejų adiabato. Dėl tobulos dujos, toks ciklas yra pavaizduotas Fig. 59. 1-2 skyriuje dujos turi temperatūrą, lygią šildytuvo temperatūrai ir yra izotermiškai plečiasi, gaunant šilumos kiekį iš šildytuvo. Tuo pačiu metu dujos daro teigiamą darbą, lygų gaunamam šilumui. 2-3 skirsnyje dujos plečiasi adiabatiškai, o tuo pačiu metu jo temperatūra sumažėja nuo vertės, lygios dujų atliekamo šaldytuvo temperatūros šioje srityje, darbas yra lygus jo vidinės energijos praradimui. Kitame 3-4 skirsnyje dujos yra izotermiškai suspaustos. Tuo pačiu metu jis suteikia šaldytuvui šilumos kiekį, lygų darbui, atliktam virš jo suspaudimo. 4-1 sklype dujos yra adiabatiškai suspaustos tol, kol jos yra

temperatūra netrukdys į dujų energijos energijos didėjimo vertę tuo pačiu lygiu išorinių jėgų, atliekamų suspaudimo dujų, veikimui.

Carno ciklas yra vienintelis uždarytas procesas, kurį galima atlikti. Tiesą sakant, adiabatiniai procesai yra grįžtami, jei jie yra atliekami gana lėtai, t. Y. Kvostiškai. Izoterminiai procesai yra vieninteliai šilumos mainų procesai, kuriuos galima atlikti. Bet kokiam kitam procesui, darbinio skysčio pokyčių temperatūra ir, pagal antrąjį termodinamikos įstatymą, šilumos mainai su šildytuvu ar šaldytuvu negali būti grįžtamas: keitimasis šiluma, esant baigtiniam temperatūros skirtumui, yra pobūdis terminio pusiausvyros derinimas ir nėra pusiausvyros procesas.

Žinoma, keitimasis šilumos nesant temperatūros skirtumo atsiranda be galo lėtai. Todėl grįžtamasis ciklas Carno tęsiasi neabejotinai ilgas ir galia šilumos aparatas maksimaliam įmanomam efektyvumui, nustatomas pagal formulę (4), linkęs nulio. Procesai bet kurioje realioje mašinoje būtinai yra negrįžtamų nuorodų, todėl jos efektyvumas visada yra mažesnis už teorinę ribą (4).

Maksimalaus darbo gavimo sąlygos. Vidaus energijos transformacija į mechaninę, kaip matyti iš antrojo įstatymo termodinamikos, negali būti visiškai atlikta. Norint paversti mechanine energija, didžiausia galimas vidinės energijos dalis yra būtina naudoti išskirtinai grįžtamus procesus. Iliustruoti, apsvarstykite šį pavyzdį. Tegul yra kai kurie kūnai, kurie nėra šiluminės pusiausvyros būklės su aplinka, pavyzdžiui, tobula dujų į cilindrą su stūmokliu, kurio temperatūra yra didesnė už aplinkos temperatūrą (60 pav.). Kaip galite gauti didžiausią darbą, su sąlyga, kad galutinėje būsenoje dujos turėtų užimti tą patį kiekį kaip ir pradiniame?

Fig. 60. Norėdami gauti maksimalų darbą

Jei dujų temperatūra buvo lygi aplinkos temperatūrai, t. Y. Dujos būtų šiluminės pusiausvyros su aplinka, tada jokio darbo nebūtų neįmanoma gauti jokio darbo. Vidaus energijos konvertavimas į mechaninį gali pasireikšti tik tuo atveju, jei pradinė visos sistemos būklė nėra pusiausvyra.

Tačiau su ne pusiausvyros pradine būsena, sistemos perėjimas į pusiausvyrą nebūtinai kartu su vidaus energijos transformacija į mechaninę. Jei tiesiog atnešite dujas į

Šilumos kontaktas su aplinka, nesuteikiant jam išplėsti, tada dujos atvės ir nebus atliktas darbas. Todėl, siekiant darbo darbo, turite pateikti dujas su galimybe išplėsti, turint omenyje, kad tada ji turės suspausti, nes pagal sąlyga galutinėje būsenoje, dujos turėtų užimti tą patį tūrio kaip ir pirminis.

Norėdami gauti maksimalų veikimą, perėjimas nuo pradinės būsenos iki galutinio turi būti pagamintas grįžtamas. Ir tai galima padaryti tik naudojant adiabatinius ir izoterminius procesus. Taigi, dujos turi būti adiabatiškai išplėsti, kol jos temperatūra tampa lygi aplinkos temperatūrai t, o po to izotermiškai spausta šioje temperatūroje iki pradinio tūrio (61 pav.). Dujos, atliekamos su 1-2 darbo adiabatiniu plėtra, kaip galima matyti iš figūros, daugiau nei darbas, kuris turės būti atliktas virš dujų su izoterminiu suspaudimu 2-3. Maksimalus darbas, kurį galima gauti per dujų perėjimo iš 1 valstybės į 3 valstybę, yra lygi pavienio fig. 61 Curvilinijos trikampis 1-2-3.

Studijuoti grįžtamo šilumos variklio veiksmo modeliai leidžia apsvarstyti šaldymo mašinos ir šilumos siurblio veikimo principus. Šaldymo mašinoje visi procesai atsiranda priešingai (lyginant su šiluminio variklio) kryptį (62 pav.). Dėl mechaninio darbo ir nuo rezervuaro esant žemesnei temperatūrai, tam tikras šilumos kiekis yra paimtas tuo pačiu metu tankas su aukštesne temperatūra, kurios vaidmuo paprastai atlieka aplinką, šilumos kiekis, lygus sumai dėl grįžtamumo sumos Automobilio svarstomas už tai yra galiojantis

kuris pagal 4) gali būti laikomas atitinkamos šilumos įrenginio efektyvumo koeficientu.

Šaldymo mašinai šilumos kiekis yra didžiausias susidomėjimas iš aušinamo rezervuaro. Nuo (5)

Aplinkos temperatūros diagrama (už grįžtamąjį procesą) pavaizduota Fig. 63. Galima matyti, kad su atskiromis šiluma, bet esant žemai temperatūros skirtumui, santykis gali užtrukti puikias vertes. Kitaip tariant, šaldymo mašinos efektyvumas su artimaisiais

vertės gali būti labai didelės, nes šilumos kiekis yra atimamas nuo aušinamųjų kūnų, gali žymiai viršyti operacijos A, kuris realiuose šaldymo mašinose atlieka kompresorių, kurį varo elektros variklis.

Techninėje termodinamikoje vadinamasis šaldymo koeficientas naudojamas kaip šilumos kiekis, paimto iš aušinamųjų organų, išorės jėgų darbui.

Skirtingai nuo šiluminio variklio (4), šaldymo koeficientas gali gauti vertes, dideliuose vienetuose.

Fig. 61. Didžiausio darbo gavimo procesas diagramoje

Fig. 62. Šaldymo mašinos samprata

Realiuose pramonės ir namų ūkio įrenginiuose ir kt. Kaip matyti iš (7), šaldytuvo koeficientas yra didesnis, tuo mažesnis aplinkos temperatūra ir aušinamas kūnas skiriasi.

Dabar mes apsvarstysime šilumos siurblio veikimą, t. Y. šaldymo mašina, veikianti, kad būtų galima šildyti karštą rezervuarą (šildomą kambarį) dėl šilumos, paimtos iš šalto bako (aplinkos). Šilumos siurblio schema yra identiška šaldymo mašinos schemai (žr. 62 pav.). Skirtingai nuo šaldymo mašina šiluminiam siurbliui, praktinis susidomėjimas nėra - šilumos kiekis, gaunamas šildomam kūnui: panašiai (6) mes turime

Techninėje termodinamikoje, apibūdinant šilumos siurblių veiksmingumą, vadinamasis EOTOP šildymo koeficientas yra lygus lygus

Pirmiau minėtos formulės (7) ir (9) galioja grįžtamų mašinų. Nekilnojamojo mašinos, kur procesai yra visiškai arba iš dalies negrįžtami, šios formulės pateikia šaldymo ir šildymo koeficientų vertinimą.

Taigi, naudojant šilumos siurblį, šildomas kambarys gauna daugiau šilumos nei tiesioginis šildymas. Šiuo atveju atkreipiau dėmesį į W. Thomson, siūlydamas vadinamojo dinaminio šildymo idėją, kuri susideda iš šių dalykų. Šiluma, gauta deginant degalus, nenaudojamas tiesioginiam kambario šildymui, tačiau jis siunčiamas į šiluminį variklį, kad gautų mechaninį darbą. Su šiuo darbu, šilumos siurblys yra varomas, kuris šildo kambarį. Su nedideliu skirtumu aplinkos ir šildomo kambario temperatūroje, pastaroji gauna šilumą yra pastebimai didesnis nei jis yra išleistas kai kuro deginimas. Tai gali atrodyti paradoksali.

Tiesą sakant, šilumos siurblio ir dinaminio šildymo paradokso, kuris tampa visiškai aiškus, jei pasinaudosite energijos sąvoka. Pagal vidaus energijos kokybę - tai gebėjimas paversti kitais tipais. Šia prasme aukščiausios kokybės būdinga mechaninėmis ar elektromagnetinėmis formomis energija, nes ji gali būti visiškai paversti vidine bet kokia temperatūra. Kalbant apie vidinę energiją, jos kokybė yra didesnė, tuo didesnė kūno temperatūra, kurioje ji yra saugoma. Kiekvienas natūraliai ateinantis negrįžtamas procesas, pvz., Šilumos perėjimas prie kūno su žemesne temperatūra, veda prie vidaus energijos nusidėvėjimo, iki jo kokybės sumažėjimo. Grįžtamųjų procesų atveju energijos kokybė neįvyksta, nes visos energijos transformacijos gali būti priešinga kryptimi.

Įprastu šildymo būdu, visa šiluma, išleista deginant degalus, kai šildomas elektriniu srovėmis arba gaunamas iš karšto bako, ir tt, patenka į tą patį šilumos kiekį, bet žemesnėje temperatūroje, kuri yra kokybinis vidaus energijos nusidėvėjimas. Šilumos siurblys arba dinaminė šildymo sistema pašalina nedelsiant negrįžtamą šilumos mainus tarp skirtingų temperatūros kūnų.

Naudojant šilumos siurblį arba dinamišką šildymo sistemą, vidinės energijos kokybė padidinama į šildomą patalpą nuo aplinkos. Su nedideliu temperatūros skirtumu, kai šios energijos kokybė žymiai didėja, jos suma tampa didesnė už didelį šilumos siurblio ir dinaminio šildymo efektyvumą, paaiškinama.

Pateikite pavyzdžių reiškinių, kurie atitinka energijos taupymo įstatymą, bet vis dėlto niekada nepastebėjo gamtoje.

Ką atsiranda skirtingų tipų energijos rūšių nevienodumas? Iliustruoja šią nevienodą pavyzdžių.

Kas yra grįžtamasis terminis procesas? Pateikite grįžtamųjų ir negrįžtamų procesų pavyzdžių.

Kokie reikalavimai turėtų būti patenkinti, kad mechaniniai procesai jame būtų grįžtamai? Paaiškinkite, kodėl trinties ir išsklaidymo mechaninės energijos padaryti visus procesus negrįžtamas.

Pateikite įvairius termodinamikos įstatymų formules. Įrodyti Clausius ir Thomson formuluotės lygiavertiškumą.

Ką "Karateodori" principas reiškia idealias dujas? Paaiškinkite atsakymą naudodami -Diagram už jo statuso vaizdą.

Parodykite, kad antrojo termodinamikos įstatymo fizinė reikšmė yra sukurti neatskiriamą ryšį tarp realių procesų ir šilumos mainų negrįžtamumo.

Žodžių sąlygos, kuriomis terminio motorinio variklio efektyvumas veikia grįžtamuoju ciklu, būtų arti vieno.

Parodykite, kad Carno ciklas yra vienintelis grįžtamasis ciklinis procesas varikliui, kuris naudoja du terminį baką su fiksuota temperatūra.

Aptariant maksimalaus darbo gavimo sąlygas, neatsižvelgiama į atmosferos slėgį, veikiančią stūtone. Kaip užregistruoti šį slėgį turės įtakos pirmiau nurodytam argumentams ir atsirandant?

Dujos cilindre, uždarytas stūmokliu, turi tą pačią temperatūrą kaip aplinkinį orą, bet aukštesnį (arba apatinį) slėgį nei slėgis atmosferoje. Kokie procesai turėtų būti atliekami su dujomis, kad gautumėte maksimalų naudingą darbą dėl sistemos ne pusiausvyros? Vaizduokite šiuos procesus edigram, skaičiuojant dujas į cilindro tobulą.

Dujos cilindre, uždarytas stūmoklis, turi tą patį slėgį kaip aplinkinį orą, bet didesnę (arba apatinę) temperatūrą. Kokie procesai turėtų būti atliekami su dujomis, kad gautumėte maksimalų naudingą darbą dėl sistemos ne pusiausvyros? Vaizduokite juos į -diagram.

Apsvarstykite dvi skirtingas dinaminio šildymo schemas, kuriose šilumos įrenginys suteikia šilumą ar aplinką ar šildomą kambarį. Parodykite, kad tuo atveju, kai visi procesai yra grįžtami, abi schemos turi tą patį efektyvumą. Kokia schema bus veiksmingesnė tikroje sistemoje, kai procesai negali būti laikomi visiškai grįžtami?

Yra keletas formuluotes antrojo įstatymo termodinamika, kurių autoriai yra vokiečių fizikas, mechanikas ir matematikas Rudolfas Clausius ir britų fizikas ir mechanikas William Thomson, Viešpats Kelvinas. Išoriškai jie skiriasi, tačiau jų esmė yra tokia pati.

Standartiškos Clausius.

Rudolfas Julius Emmanuel Clausius

Antrasis termodinamikos įstatymas, kaip pirmoji, taip pat vadovavo patyręs būdas. Pirmosios antrojo termodinamikos įstatymo formulavimo autorius yra Vokietijos fizikas, mechanikas ir matematikas Rudolfas Clausius.

« Pati šiluma negali judėti nuo šalčio kūno iki karšto kūno " Šis teiginys, kad Clazius pavadino " Šiluminė axioma."Buvo suformuluotas 1850 m. Darbo metu" dėl varomosios jėgos šilumos ir apie įstatymus, kuriuos galima gauti iš čia šilumos teorijos. ""Keletas pati perduodama tik nuo kūno su aukštesne temperatūra iki kūno su mažesne temperatūra. Priešinga kryptimi, spontaniškas šilumos perdavimas neįmanomas. " Tai yra reikšmė postula Clausius. nustatant antrojo termodinamikos įstatymo esmę.

Grįžtami ir negrįžtami procesai

Pirmasis termodinamikos įstatymas rodo kiekybinį ryšį tarp sistemos, gautos sistemos, vidinės energijos pasikeitimą ir išorinių įstaigų sistemą. Bet jis nemano, kad šilumos perdavimo kryptis. Ir galima daryti prielaidą, kad šiluma gali būti perduodama iš tiek karštų kūnų į šalčio ir atvirkščiai. Tuo tarpu, iš tikrųjų tai nėra. Jei kontaktuojami du kūnai, šiluma visada perduodama iš šildomo korpuso iki mažiau kaitinamo. Ir šis procesas yra susijęs su savimi. Tuo pačiu metu, išorės įstaigose, susijusių su kontaktinėmis įstaigomis, kyla jokių pakeitimų. Toks procesas, kuris atsiranda be darbo iš išorės (be išorinių jėgų kišimosi) yra vadinamas spontaniškas. \\ t . Jis gali būti grįžtamasis ir. \\ T negrįžtamas. \\ t.

Spontaniškai aušinamas, karštas korpusas perduoda jo šilumą aplink jį su šaltesniais kūnais. Ir niekada už save, šaltas kūnas nebus karštas. Šios bylos termodinaminė sistema negali grįžti į pradinę būseną. Toks procesas vadinamas negrįžtamas. \\ t . Negrįžtami procesai tęsiasi tik viena kryptimi. Beveik visi spontaniški procesai gamtoje yra negrįžtami kaip negrįžtamai laiko.

Grįžtamasis termodinaminis procesas vadinamas, kuriame sistema juda iš vienos valstybės į kitą, bet gali grįžti į pradinę būseną, perduodama atvirkštine tvarka per tarpines pusiausvyros būsenas. Šiuo atveju visi sistemos parametrai atkuriami į pradinę būseną. Grįžtami procesai suteikia didžiausią darbą. Tačiau iš tikrųjų jie negali būti įgyvendinami, jie gali būti artėjami tik, nes jie eina be galo lėtai. Praktiškai šis procesas susideda iš nuolatinės eilinės pusiausvyros ir yra vadinamas quasistatic.. Visi kačiųtiniai procesai yra grįžtami.

Tomsono postulatas (Kelvinas)

Willm Thomson, Viešpats Kelvinas

Svarbiausias termodinamikos uždavinys gauna didžiausią darbo kiekį šiluma. Darbas lengvai paverčia šilumą be jokios kompensacijos, pavyzdžiui, trintis. Tačiau atvirkštinis šilumos pavertimas yra ne visiškai ir neįmanomas be papildomos energijos iš išorės.

Turi būti pasakyta, kad šilumos perdavimas iš šaltesnio kūno į šuolį yra įmanoma. Toks procesas atsiranda, pavyzdžiui, mūsų šaldytuve. Bet tai negali būti spontaniška. Kad jis būtų srautas, kompresoriaus buvimas, kuris distiliuoja tokį orą. Tai reiškia, kad atvirkščiai (aušinimui) reikia energijos tiekimo iš išorės. " Nepavyko pereiti šilumos iš kūno su žemesne temperatūra be kompensacijos ».

1851 m. Kita antrojo įstatymo formuluotė davė britų fiziką ir mechaniką William Thomson, Viešpats Kelvin. Tomsono postulatas (Kelvinas) sako: "Nėra apskrito proceso, vienintelis rezultatas būtų darbo gamyba dėl šilumos rezervuaro aušinimo" . Tai yra neįmanoma sukurti cikliškai operacinės variklio, dėl kurių rezultatas yra teigiamas darbas dėl jo sąveikos su tik vienu šilumos šaltiniu. Galų gale, jei tai būtų įmanoma, šiluminė variklis galėtų dirbti, pavyzdžiui, pasaulio vandenyno energiją ir visiškai paverčiant mechaninį darbą. Kaip rezultatas, vandenyno aušinimas atsiras dėl energijos mažinimo. Tačiau, kai tik jos temperatūra būtų mažesnė už aplinkos temperatūrą, turėtų atsirasti spontaniško šilumos perdavimo procesas nuo šaltesnio kūno iki karšto. Ir toks procesas yra neįmanomas. Todėl šilumos variklio veikimui, būtini bent du šilumos šaltiniai, turintys skirtingą temperatūrą.

Antrojo tipo amžinas variklis

Terminiuose varikliuose šiluma tampa naudingu darbu tik tada, kai juda nuo šildomo kūno į šaltą. Kad toks variklis veiktų, jis sukuria temperatūros skirtumą tarp šilumos perdavimo (šildytuvo) ir šilumos perėjimo (šaldytuvu). Šildytuvas perduoda šilumą darbuotojui (pavyzdžiui, dujoms). Darbo skystis plečiasi ir daro darbą. Tuo pačiu metu ne visi šiluma įjungia. Dalis jo yra perduodama į šaldytuvą, ir dalis, pavyzdžiui, tiesiog patenka į atmosferą. Tada, norėdami grąžinti darbo skysčių parametrus į pradines reikšmes ir pradėkite ciklą, pirma, darbinis skystis reikalingas šildyti, tai yra, iš šaldytuvo, būtina vartoti šilumą ir perkelti jį į šildytuvą. Tai reiškia, kad jums reikia perkelti šilumą nuo šalto kūno iki šiltos. Ir jei šis procesas galėtų būti atliekamas be energijos tiekimo iš išorės, mes gautume amžiną antrosios rūšies variklį. Bet kadangi pagal antrąjį termodinamikos įstatymą neįmanoma padaryti, tai neįmanoma ir amžinojo variklio antrosios rūšies, kuri būtų visiškai pasukti šilumą visiškai dirbti visiškai.

Lygiavertė antrojo termodinamikos teisės formuluotė:

1. Procesas yra neįmanomas, vienintelis rezultatas yra viso šilumos kiekio transformacija, gauta sistemoje.
2. Neįmanoma sukurti amžinojo variklio antrosios rūšies.

Carno principas

Nicolas Leonar Sadi Carlo

Bet jei neįmanoma sukurti amžinojo variklio, galite organizuoti šilumos variklio ciklą taip, kad efektyvumas (efektyvumas) būtų maksimalus.

1824 m. Ilg seniai prieš Clausius ir Thomson suformulavo savo postulentus, kurie davė antrosios termodinamikos įstatymo, prancūzų fiziko ir matematiko Nicolas Leonaro Sadi Karno apibrėžimus paskelbė savo darbą "Apsvarstymai dėl ugnies varomosios jėgos ir mašinų, galinčių plėtoti šią jėgą". Termodinamikoje jis laikomas esminiu. Mokslininkas atliko tuo metu egzistavo garo aparatų analizę, kurios efektyvumas buvo tik 2%, ir apibūdino tobulos šilumos įrenginio darbą.

Vandens variklis vanduo daro darbą, nukrito su žemyn. Pagal analogiją Karo pasiūlė, kad šiluma gali dirbti, judant nuo karšto kūno iki šaltesnio. Tai reiškia, kad norintdirbama šiluma, ji turi turėti 2 šilumos šaltinius, turinčius skirtingą temperatūrą. Šis pareiškimas vadinamas "Carno" principas . Ir mokslininko sukurtos šilumos įrenginio ciklas buvo vadinamas cRAN ciklas .

Carno atėjo su tobula šilumos mašina, kuri galėtų atlikti maksimalus darbas Dėl to, kad tiekiama šiluma.

Carno aprašyta šilumos įrenginyje susideda iš šildytuvo, turinčio temperatūrą T N. , Darbo korpusas ir šaldytuvas su temperatūra T. H. .

Carno ciklas yra apvalus grįžtamasis procesas ir apima 4 etapus - 2 izoterminius ir 2 adiabatines.

Pirmasis etapas a → b izoterminė. Jis eina toje pačioje šildytuvo temperatūroje ir darbinio skysčio temperatūroje. T N. . Kontakto metu šilumos kiekis Q. H. Jis perduodamas iš šildytuvo į darbo fluorescenciją (dujas cilindre). Dujos yra neemally plečiasi ir atlieka mechaninį darbą.

Kad procesas būtų ciklinis (tęsinys), dujos turi būti grąžintos į pradinius parametrus.

Antruoju etapu B ciklo → darbinėje korpuse ir šildytuvas yra atskirti. Dujos ir toliau plečiasi adiabatiškai, nesikeičiant šiluma su aplinka. Tokiu atveju jo temperatūra sumažinama iki šaldytuvo temperatūros. T. H. Jis ir toliau dirba.

Trečiojoje etape → g, darbo skysčio, turinčio temperatūrą T. H. liečiasi su šaldytuvu. Pagal išorinį stiprumą, jis yra izoterminis suspaustas ir suteikia dydį šilumą Q H. Šaldytuvas. Darbas atliekamas virš jo.

Ketvirtame R → ir darbo organizme yra atjungtas su šaldytuvu. Pagal išorinį stiprumą jis yra adiabatiškai suspaustas. Darbas atliekamas virš jo. Jos temperatūra tampa lygi šildytuvo temperatūrai T N. .

Darbo organas grįžta į pradinę būseną. Apvalus procesas baigiasi. Prasideda naujas ciklas.

Kūno mašinos veikimas, veikiantis ant Carno ciklo, yra:

Tokios mašinos efektyvumas nepriklauso nuo jo įrenginio. Tai priklauso nuo tik nuo šildytuvo ir šaldytuvo temperatūros. Ir jei šaldytuvo temperatūra yra lygi absoliučiam nuliui, tada efektyvumas bus 100%. Iki šiol niekas negali sugalvoti nieko geriau.

Deja, praktiškai neįmanoma sukurti tokio automobilio. Nekilnojamasis grįžtamasis termodinaminis procesai gali būti tik su vienu tikslumo laipsniu. Be to, terminiai nuostoliai visada bus realiame šilumos įrenginyje. Todėl jos efektyvumas bus mažesnis už idealaus šiluminio variklio efektyvumą, veikiančią Carno cikle.

Remiantis Carno ciklu, pastatytas įvairūs techniniai prietaisai.

Jei Carno ciklas yra priešingai, šaldymo mašina bus. Galų gale, darbo kūnas pirmiausia imsis šilumos iš šaldytuvo, tada paversti darbu, praleisto kuriant ciklą, ir tada duokite jam šilumos šildytuvą. Toks principas Darbo šaldytuvai.

"Carno" nugaros ciklas taip pat yra šilumos siurblių širdyje. Tokie siurbliai perduoda energiją iš žemo temperatūros šaltinių į vartotoją su aukštesne temperatūra. Tačiau, skirtingai nuo šaldytuvo, kuriame pasirinkta šiluma išstumiama į aplinką, šilumos siurblys perduodamas vartotojui.

Termodinamikos pagrindas yra pagrindiniai gamtos įstatymai, suformuluoti remiantis daugelio patyrusių tyrimų ir atradimų rezultatų apibendrinimu. Nuo šių aksiomų priimtų įstatymų; Logiška būdas gavo visas svarbiausias pasekmes, susijusias su įvairiomis termodinaminėmis sistemomis, kurios vadinamos L ir M ir ar termodinamika.

1.2.1. Pirmasis termodinamikos įstatymas

Absoliutus savo esme, vienas iš labiausiai paplitusių gamtos įstatymų - energijos išsaugojimo ir tekinimo įstatymas. Pagal šį įstatymą uždaros sistemos energija bet kokiuose sistemoje vykstantys procesai išlieka nepakitusi. Tuo pačiu metu energija gali pasukti tik iš vienos formos į kitą.

Pirmas Termodinamikos įstatymas yra ypatingas šio visuotinio įstatymo atvejis ir yra jo taikymas procesams termodinaminėse sistemose. Ji nustato galimybę konvertuoti įvairias energijos formas vieni kitiems ir nustato, kokiais kiekybiniais santykiais šios abipusės transformacijos yra vykdomos galimybės.

Savo savavališkos neinzuotos sistemos energijos pokyčiai gali atsirasti tik dėl dviejų energijos biržos formų - šilumos ir darbo:

∆E. = Q. – L. , (1.12)

kur δ. E. - sistemos energijos keitimas;

Q. - į sistemą tiekiama šiluma;

L. - atliekant sistemą.

Pagal lygtį (1.12), termodinaminės sistemos energijos pokytis yra įmanoma dėl dengtos šilumos ir darbų, atliekamų sistemoje.

Lygtis (1.12) yra bendra analitinė pirmojo termodinamikos įstatymo išraiška. Išreikšti jį per sistemos būsenos parametrus. Energijos keitimas Δ. E. mes gauname iš išraiškos (1.7):

∆E. = ∆ I. + m. ( ).

Dėl termodinaminės sistemos, kurioje galima apleisti kinetinės energijos skirtumą, sistemos energijos keitimas bus lygus entalpių pokyčiams, t.y. Δ. E. = ∆ I.. Tada, atsižvelgiant į išraiškas (1.11) ir (1.12), mes gauname pirmojo įstatymo termodinamikos lygtį:

Q. = ∆I. + L. tie (1.13)

Sistemoje tiekiama šiluma yra pakeisti sistemos entalpiją ir atliekant techninio darbo sistemą.

Pakeiskite lygtį (1.13) edalipy δ pakeitimas I. Vidinės energijos keitimas D U. Ir, naudojant išraišką (1. 6), mes gauname:

Q. = ∆ U. + L išbėrimas. (1.14)

Lygtys (1.13) ir (1.14) yra neatsiejama pirmojo termodinamikos įstatymo įrašymo forma.

Iš išraiškos (1.13) Iš to išplaukia, kad techninis darbas gali būti atliekamas termodinaminės sistemos sumažinant entalpiją ir šildomą šilumą. Jei procesas yra apskritimas, tada Δ I. \u003d 0, todėl nuolatinėmis mašinomis (jose, apskrito valstybės pokyčių procesai) gauti techninį darbą su sąlyga yra apibendrinti šilumą.

Panašūs argumentai gali būti atliekami pagal lygtį (1.14).

Termodinaminė sistema gali atlikti plėtros darbą tik mažinant vidinę energiją arba dėl šildomos šilumos. Jei sistemos vidinė energija nesikeičia kaip proceso rezultatas (pavyzdžiui, temperatūra nesikeičia sistemoje), tada visa šiluma, gauta aplinkoje nuo aplinkos:

Q. = L. bėrimas.

Ši išraiška leidžia šias termodinamikos pirmojo įstatymo formules.

Su nepakitusios šilumos sistemos energija ir darbas yra lygiavertis.

Įvairaus pirmojo tipo variklis yra neįmanomas.

Daroma prielaida, kad amžinasis pirmosios rūšies variklis turėtų dirbti tik aplinkoje, negauna nieko nuo jo.

Atnaujintos masės sistemos. Analizei patogiau naudoti cheminės medžiagos masės vieneto reikšmes. Mes rašome lygtis (1.13) ir (1.14) 1 kg masės:

q. = ∆ i. + l. tie ; (1.15)

q. = ∆ u. + l. races. (1.16)

Naudojant išraiškas (1.9) ir (1.11), parašykite gautas lygtis diferencinėje formoje:

dq. = di. - vDP. (1.17)

dq.= du. + pDV. (1.18)

Lygtys (1.17) ir (1.18) yra matematinis įrašymas pirmojo įstatymo termodinamikos diferencinės formos.

Pirmojo įstatymo vertė:

pirma, jis sudaro šiluminių elektrinių ir sistemų prietaiso principą;

antra, jis paaiškina šiluminės mašinos procesų fizinę esmę;

trečia, jis naudojamas termodinaminių procesų skaičiavimuose ir leidžia įvertinti šiluminių mašinų energijos balansą.

1.2.2. Antrasis termodinamikos įstatymas

Pirmasis termodinamikos įstatymas, būdamas konkrečiu energijos išsaugojimo ir konversijos įstatymo atveju, atsižvelgia tik į jos kiekybinę pusę, kuri susideda iš to, kad su žinomu sistemos energijos keitimu, šilumos ir darbo santykiu yra griežtai tikrai. Šis įstatymas nesukuria krypčių ir energijos perdavimo tarp įstaigų, nenustato sąlygų, kuriomis šilumos transformacija yra įmanoma dirbti, neskiria jų tiesioginių ir atvirkštinių transformacijų. Jei mes einame tik nuo pirmojo termodinamikos įstatymo, tai yra iš karto, kad bet koks įsivaizduojamas procesas, kuris neprieštarauja energijos išsaugojimo įstatymui, jis yra iš esmės įmanoma ir gali pasireikšti gamtoje. Atsakymas į pateiktus klausimus suteikia antra Termodinamikos įstatymas, kuris yra nuostatų rinkinys, kuriame apibendrinami patyrę duomenys apie energiją kokybiškąją vietą ir energiją.

Šilumos ir darbo tarpusavio transformacijos ypatumų įvairovė, taip pat įvairūs aspektai, kuriuose nagrinėjami šie transformacijos, paaiškinkite kelių, iš tikrųjų lygiavertes, antrojo termodinamikos įstatymų formuluotės.

Pagrindines šio įstatymo nuostatas išreiškė Prancūzijos inžinierius S. Karno (1824). Carno atėjo į išvadą, kad du šilumos šaltiniai su skirtingomis temperatūromis reikalingos šilumos transformuoti. Labai pavadintas "termodinamikos įstatymo" ir istoriškai jo pirmoji redakcija (1850) priklauso Vokietijos fizikai R. Clausius:

"Šiluma gali judėti tik nuo karštų kūnų į šaltą; Dėl atvirkštinio perėjimo, jums reikia praleisti darbą ",

Iš šio teiginio, tai reiškia, kad šilumos perėjimas nuo kūno su mažesne temperatūra į kūną su didesne temperatūra, būtina tiekti energiją iš išorinio šaltinio bet kokia forma, pavyzdžiui, darbo forma. Skirtingai nuo to, šiluma nuo kūno su didesne temperatūra spontaniškai, be jokių energijos rūšių išlaidas, pajamos į kūnus su mažesne temperatūra. Tai reiškia, ypač, kad šilumos mainai su galutiniu temperatūros skirtumu yra griežtai vienašališkas, negrįžtamas procesas, ir jis nukreipiamas į kūnus su mažesne temperatūra.

Antrasis termodinamikos įstatymas yra šiluminių variklių teorija. Šiluminis variklis yra nuolat aktyvus prietaisas, kurio rezultatas yra šilumos transformacija į eksploataciją. Taigi, sukurti šiluminį variklį, nuolat gaminti darbą, tai yra būtina, visų pirma, turėti kūną, kuri yra energijos tiekėjas šilumos pavidalu. Pakvieskime jį ir su t Apie H ir K apie m t e p s s s s .

Būtinai kito kūno buvimas, suvokiantis nuo pirmojo

e.
Šalia šilumos formos, bet suteikia jai darbo forma. Tai yra vadinamasis r ir b apie che e e t e l apie. Jos vaidmuo atlieka bet kokią elastinę terpę (dujas, garai). Šilumos tiekimas ir jo darbui transformacija lydi darbo skysčio būklės pokyčius. Fig. 1.6 Leiskite mums parodyti šį pokytį sąlyginai kreivės proceso 1-A-2. Čia keičiami statuso parametrai ir, svarbiausia, darbo skysčio tūris, kuris lemia plėtros veikimą. Nuolatiniam darbui darbinis organas privalo grįžti į pradinę būseną pagal 2-B-1 procesą. Šiuo būdu

Fig. 1.6 Nuolatiniam šilumos transformavimui eksploatuoti, būtina nuolat atlikti šį uždarą r c e su s arba c ir l.

Apskrito procesas arba ciklas yra vadinamas termodinaminių procesų deriniu, dėl to, kad darbo organas grįžta į pradinę būseną.

Norėdami uždaryti ciklą, turite praleisti tam tikrą energijos kiekį, šiuo atveju suspaudimo forma. Šis suspaudimo darbas turėtų būti kompensuojamas pašalinant iš darbinio skysčio, lygiaverčio iki šilumos kiekio. Todėl būtina trečioji įstaiga, kuri suvokia šią kompensaciją. Paskambinkime t e p s m ų ir k maždaug m. Taigi, kad šilumos imtuvas suvokė kai kuriuos šilumą, jo temperatūra turi būti mažesnė už šilumos šaltinio temperatūrą.

Dėl 1-A-2-B-1 ciklo, padaryto tokiu būdu, parodyta Fig. 1.6, tik dalis šilumos Q. 1, gaunamas darbo organas iš šilumos šaltinio, yra paverčiamas darbu, kita šios šilumos dalimi Q. 2 būtinai skiriamas termiškai apdorojant.

Formos pradžia

Atsižvelgiant į nagrinėjamą schemą nuolat aktyvaus šiluminio variklio, tas pats darbo organas nuolat dalyvauja apskrito proceso. Nekilnojamojo variklių cikluose dirbanti medžiaga periodiškai atnaujinama, t. Y. Pakeičia vienodą "šviežių" medžiagų skaičių. Termodinaminiu požiūriu darbo medžiagos pakeitimas gali būti laikomas originalaus darbo skysčiu originalioje būsenoje.

Formos pabaiga

Taigi, nepertraukiamo šilumos transformacijos į eksploatavimą, mums reikia: šilumos šaltinis; Darbo įstaiga ir šilumos perėjimas, turintis mažesnę temperatūrą nei šilumos šaltinis. Kai kurios šilumos dalies pašalinimas į šilumos imtuvą yra būtina sąlyga dėl šiluminių variklių veikimo. Ši sąlyga yra išdėstyta šiose antrojo termodinamikos įstatymų formulėse:

"Neįmanoma sukurti periodiškai veikiančios mašinos, kuri nesukuria nieko kito, išskyrus šilumos šaltinio darbą ir aušinimą" (V. Thomson).

"Visi natūralūs procesai yra perėjimas nuo mažiau tikėtinų būsenų" (L. Boltzman).

"Antrojo pobūdžio amžinojo variklio įgyvendinimas yra neįmanomas"

(V. Oswald).

"Amžinasis" antrojo tipo variklis yra skirtas tokiam šiluminiam variklyje, kuris gali padaryti nuolatinį veikimą, turintį vieną šilumos šaltinį. Iš antrojo įstatymo termodinamikos, iš to išplaukia, kad nesvarbu, koks šiluminės energijos dydis nėra nei sistema, kuriai būdinga sistemos lygiateisiškumas, ši energija negali būti konvertuojama į eksploatavimą. Dėl šios priežasties tūkstančių išradėjų "amžinųjų" variklių bandymai pasirodė ne bevaisiais atlikti plėtros darbus.

Iš šilumos variklių šilumos šaltinio gauto energijos pasiskirstymas yra schematiškai parodytas Fig. 1.7. Naudingas darbas atliekamas 1 kg darbo kūno masės per ciklą, lygus plėtros darbui skirtumui l. Rasha ir suspaudimas l. Szh, i.e.

l. c. = l. bėrimas - l. szh. (1.19)

Kiekybinis ryšys tarp šilumos ir darbo 1 kg darbinio skysčio plėtimosi procesuose 1-A-2 ir suspaudimo 2-B-1

(Žr. 1.6 pav.) Remiantis pirmuoju termodinamikos įstatymu, diegiant lygtis:

q. 1 = ∆ u. 1- a. 2 + l. bėrimas ir. \\ T q. 2 = ∆ u. 2-B-1 + l. c. j. ,

kur Q1 yra šilumos kiekis iki 1 kg darbinio skysčio iš šilumos šaltinio;

q 2 - iš šilumos kiekis skiriama iš

1 kg darbo skysčio iki terminio apdorojimo;

ΔU 1 - A -2 ir ΔU 2-B-1 - keisti

procesorice IT energija yra 1 kg darbo skysčio. 1.7

1-A-2 ir 2-B-1, atitinkamai.

Panaikinti antrąją lygtį nuo pirmojo ir gauti:

q. 1 – q. 2 = ∆ u. 1-A-2-B-1 + (l. bėrimas – l. szh. ).

Kadangi darbo skystis grįžta į pradinę būseną, vidinės energijos pokytis per ciklą bus nulis, i.e. ΔU 1-A-2-B-1 \u003d 0. Dėl to, atsižvelgiant į išraišką (1.19), mes gauname:

l. C. = q. 1 – q. 2 (1.20)

Iš (1.20) Iš to išplaukia, kad visų pirma ciklo veikimas atliekamas tik šilumos ir, antra, ciklo veikimas yra lygus šilumui, pavaldiam nuo šilumos šaltinio, atėmus šilumą, išleistą į šilumą gydymas.

Naudingos šilumos dalis yra apskaičiuota pagal t e r m ir c e c k ir M.

Ciklo efektyvumas, kuris yra pažymėtas η t.

Pagal šiluminį efektyvumą, šilumos santykis, konvertuoti

vonios kambarys naudingam ciklo veikimui, į visą šildomą šilumą:

η t. =
arba. \\ T η t. = 1 - . (1.21)

Iš šių išraiškų matyti, kad kuo mažesnė šiluma perduodama šilumui apdorojimui, tuo didesnė vertė η t. Tai reiškia, kad eksploatuojama išsamesnė šilumos transformacija.

Dėl būtinybės perduoti dalį energijos šilumos pavidalu iki šiluminio efektyvumo bet kokio ciklo negali būti lygus vienai.

Taigi antrasis termodinamikos įstatymas nustato šilumos transformacijos išsamumą.

Be to, tai rodo kokybinį skirtumą tarp šilumos ir darbo. Jei darbas gali būti visiškai transformuotas į šilumą, šiluma niekada nebus visiškai transformuota į darbą.

Unikalus mokslo pasiekimas buvo šio kokybinio skirtumo išraiška kiekybinėje verte - E n t r o p ir e .

1.2.3. Entropija. Antrojo įstatymo matematinė išraiška

termodinamika.

“Entropija"Iš graikų kalbos reiškia" pasukti "arba" transformacija ". Iš pradžių "Entropy" sąvoka buvo oficialiai įvesta į mokslą. R. Clausius (1854) parodė, kad yra tam tikra termodinaminės sistemos funkcija S. kurio prieaugis nustatomas pagal išraišką

(1.22)

Jis pavadino šią funkciją entropija. Vėliau, atsižvelgiant į daug užduočių, buvo atskleista fizinė entropijos turinys.

Kadangi entropija nėra tinkama paprastam intuityviam atstovybei, mes stengsimės paaiškinti savo reikšmę lyginant su panašiais kiekiais, labiau prieinamais mūsų supratimui. Mes rašome diferencinės formos plėtros išraišką:

dL. bėrimas = p. dV..

Čia slėgis p. yra vertė būtina Bet nepakankamasdirbti. Apimties keitimas sukels plėstį. Tūris tam tikroje lygtyje atlieka turtą pakankaparametras. Taigi galima nuspręsti, kad plėtros ar suspaudimo darbai yra įmanomi tik tūrio pokyčiai.

Dabar parašykite išraišką (1.22) forma:

dq. = T. dS..

Čia temperatūra yra data būtinabet vis dar ne. pakankanorint kalbėti apie tai, ar šiluma tiekiama į sistemą arba jai priskirta. Taigi, adiabatiniame procese sistema nesikeičia šilumos su aplinka, o temperatūra labai skiriasi. Vienas parametras išlieka, kuris turi turėti nuosavybę pakankamumasIr šis parametras yra entropija. Tik dėl entropijos pokyčių gali būti vertinami pagal šilumos mainų sistemą su aplinka. Iš čia

"Entropy" yra termodinamikos būklės kalorijų parametras

sistema, apibūdinanti proceso srauto kryptį

šilumos mainai tarp sistemos ir išorinės aplinkos.

Galima teigti, kad entropija yra vienintelė fizinė vertė, pokytis, kuriame procese unikaliai nurodo energijos mainų buvimą šilumos pavidalu.

Sąvoka (1,22) nustato aukštos kokybės ir kiekybinį ryšį tarp šilumos ir entropijos: jei kūno ar sistemos pokyčių entropija, tada energija šilumos pavidalu keičiasi tuo pačiu atveju; Jei entropija nesikeis, procesas vyksta be energijos mainų šilumos pavidalu. Lygybė (1.22) yra analitinė antrojo termodinamikos įstatymo dėl elementarios pusiausvyros proceso.

Sąvoka (1.22) leidžia sukurti entropijos įrenginį, kuris yra lygus J / K.

Absoliuti vertė entropijos yra nustatoma iki tam tikro pastovaus S. 0 . Skaitmeninė konstanto vertė S. 0 Remiantis pirmaisiais ir antraisiais termodinamikos įstatymais, jis negali būti nustatytas. Tačiau tai nenustato apribojimų dėl entropijos naudojimo skaičiavimuose. Praktiškai, kaip taisyklė, interesai nėra absoliuti vertė entropijos, bet jos pokyčiai, už kuriuos konstanta skaitinė vertė S. 0 Specialus vaidmuo neveikia. Todėl dažnai galima suteikti savavališką vertę sąlyginai priimtam, vadinamuoju kūno būsena. Jei tai yra standartinė būsena, kuri svarsto pradinį ir atributą į entropijos vertę S. 0 , tada apskaičiuoti entropiją valstybėje bet Bus išraiška:

Entropijos vertę žymima s. = S. / m. c vienetas j / (kg × k) matavimai.

Išraiška (1.22), įrašyta pagal pateiktas vertes, pažvelgs:

. (1.23)

Entropija, yra kalorijų parametras, turi daugybę savybių.

1. Entropija yra vienareikšmiškas sistemos būsenos funkcija.

2. Entropija, kaip ir vidinė energija, yra priedų vertė.

.

3. Grįžtamieji ir negrįžtami termodinaminės SIS procesai

temos pokyčius entropijos yra nustatoma pagal lygtį:

, (1.24)

jei lygybės ženklas susijęs su grįžtamais procesais, izoliato ženklu - negrįžtamai.

Iš išraiškų (1.24) Iš to išplaukia, kad izoliuotos sistemos entropija gali likti nepakitusi arba didėja, bet ne mažėti.

1.2.4. ECERGIA.

Koncepcijos "entropijos" įvedimas suteikia jums galimybę kiekybiškai įvertinti kokybinį skirtumą tarp šilumos ir darbo. Už sistemą, sveriančią 1 kg, mes gauname lygtis, kurios sujungia analitines išraiškas pirmojo ir antrojo įstatymų termodinamikos. Taigi, nuo išraiškų (1.23) ir (1.19) taip:

dS. =
. (1.25)

Lygių (1.23) ir (1.18) mes gauname:

dS. =
. (1.26)

Lygtys (1,25) ir (1,26) yra nuoroda į t e r m o d ir n ir m ir i- m ir t o g d e s t ir m ir. Su jų pagalba, termodinamika nustato funkcijų sistemų skaičių, tarp fizinių kiekių procesų ryšiai yra visiškai atskleisti.

Naudojant lygtį (1.25), nustatykite didžiausią įmanomą techninio darbo kiekį, kad ši termodinaminė sistema gali atlikti tam tikroje pradinėje būsenoje, jei visi sistemos atliekami procesai yra grįžtami ir atliekami galutinei valstybinei pusiausvyrai su aplinka.

Termodinamikoje, didžiausias galimas techninis darbas yra vadinamas e k s e r ir e .

Žymi pratybų sistemą E. x. . "Exargia" vienetui SI priėmė Joule. Jos vertė (e. x. \u003d E. x. / m.) Jis turi J / kg matavimo vienetą.

Uždaroje termodinaminėje sistemoje, kai konvertuojant šilumą, kad galėtumėte dirbti su Carno ciklu, galite imtis e. x. = l. c. . Tada, kai verkia šilumą iš šaltinio su temperatūra T. 1 į aplinką su temperatūra T. 0 turi teisę parašyti e. x. = q.· T \u003d. q. (1 - ). Apibrėžiame sąlygas, kuriomis šie transformacijos suteiks kuo didesnį darbą kitose cikluose.

Tegul pradinė sistemos būklė, kuriai būdingas taškas bet, Pav.1.8. Kartu su aplinka, būklė nuo prievartavimo yra įsipareigojusi pusiausvyrai, nurodytas taškas apie.Procesas. \\ T a-o. Ne kita nei sistemos perėjimas nuo pirminio į pusiausvyros būklę. Turėsime nepamiršti, kad aplinkos temperatūra yra nepaisant jo sąveikos su sistema, išlieka pastovi ir lygi 0. Naudojant pirmojo formos termodinamikos lygtį (1.15) ir Fig. 1.8.

ir pakeičiant Exargia techninį darbą, mes gauname:

e. x. = q. a. - o. +(i. 0 – i. bet ). (1.27)

Bentalpijos pokytis nepriklauso nuo proceso pobūdžio. Todėl, jei žinoma pradinė ir galutinė sistemos būklė, visada galite nustatyti skirtumą tarp entalpijos. Šilumos kiekis yra funkcijų procesas a-o. . Nustatant. \\ T q. a. - o. Mes naudojame antrąjį termodinamikos įstatymą. Akivaizdu, kad šilumos kiekis gaunamas aplinka q. plg. lygus vidutinės sistemos perduotoms šilumos kiekiui, \\ t q. a-o. .

q. plg. = - q. a. - o. (1.28)

Šilumos kiekis q. a. - o. proporcingai plotai po proceso kreivės (1 pav., PL. s. o. - o.- a.- s. a.). Aplinka suvokia šilumą izoterminiame procese, kai T. = T. o. . Pradinė šio proceso būklė pasižymi tašku apie taiir baigtinis (taškas) apie tai ′ ) Turi būti toks pl. s. o. - o.- o. " - s. o. / Pagal (1.28), jis buvo lygus pl. s. o. - o.- a.- s. a. .

Kadangi pagal antrąjį termodinamikos įstatymą

dq. plg. = T. o. dS. plg. ,

tada po šios išraiškos integravimo iš valstybės apie tai į valstybę bet turėsiu:

q. cP. \u003d T. 0 (S. 0" -. a. ) \u003d T. 0 (S. a. -. 0 ) + T. 0 (S. 0 ′ - S. a. ). (1.29)

Tada, atsižvelgiant į (1,28), bus įrašyta išraiška (1.27):

e. x. = (i. a. – i. o. ) – T. o. (s. a. – s. o. ) – T. o. (s. o. / - s. a.). (1.30)

Iš lygties (1.30), yra keletas svarbių išvadų:

1. Sistemoje su grįžtamais procesais pratimas yra didesnis nei toje pačioje sistemoje su negrįžtais procesais, nes T. 0 (s. 0/ - s. a. ) ≥ 0.

2. Kuo didesnis pradinis sistemos entropija s. a. , tuo mažesnis darbas gali būti padaryta su pastoviu skirtumu entalpija (i. a. – i. 0 ). Todėl entropija apibūdina sistemos energiją.

- ji nulemia sąlygas, būtinas tokių energijos mainų, kaip šilumos ir darbo, abipusiam transformavimui;

- nustato šilumos transformacijos išsamumą.

1.2.5 Trečiojo termodinamikos įstatymo sąvoka

Studijuodami įvairių medžiagų savybes žemos temperatūros sąlygomis, esančiomis netoli absoliučios nulio (T. \u003d 0) Svarbus modelis aptinkamas realių įstaigų elgesiu: Absoliutus nulio regione, kūno entropija bet kurioje pusiausvyros būklė nepriklauso nuo temperatūros, tūrio ir kitų parametrų, apibūdinančių kūno būklę.

Šis rezultatas, kuris yra daugelio patyrusių duomenų apibendrinimas ir nesilaiko tiesiogiai iš pirmojo ar antrojo termodinamikos įstatymų, yra turinys nernst šiluminė teorema.

Iš teorijos matyti, kad bet kokioje būklėje - skysta arba kieta, grynos medžiagos ar cheminio junginio pavidalu, buvo medžiaga, jo entropija t → 0 turi tokią pačią vertę. Entropijos pastovumas t → 0 reiškia, kad absoliutaus nulio DQ regione visada yra nulis. Todėl neįmanoma pasiekti absoliutų nulio pašalinant šilumą iš organizmo, nes t → 0 Kiekvienas įstaigų bet kokiame valstybės pasikeitimo procese išlaiko nuolatinę entropijos vertę, t.y. Jis nustoja suteikti aplinkos šilumą.

V. Nernst, naudojant kvantinę teoriją M. Planck, padarė išvadą, kad Lim Δs t → 0 \u003d 0. (1.31)

Todėl trečiojo termodinamikos įstatymo formulavimas.

Esant absoliučioje nulinės temperatūros, visų medžiagų entropija pusiausvyros būsenoje, nepriklausomai nuo slėgio, tankio ir fazių, kreipiasi į nulį.

Analitinė termodinamikos išraiška yra lygybė (1.31).

Negrįžtamas. \\ T vadinamas fizinis procesaskuri gali spontaniškai nutekėti tik viena konkrečia kryptimi.

Priešinga kryptimi tokie procesai gali tęsti tik vieną iš sudėtingesnio proceso nuorodų.

Negrįžtami yra beveik visi gamtos procesai. Taip yra dėl to, kad bet kuriuo realiu procesu, dalis energijos yra išsklaidoma dėl spinduliuotės, trinties ir kt., Pavyzdžiui, šiluma, kaip žinote, visada juda iš karštesnio korpuso į aušintuvą - tai tipiškiausia Pavyzdys iš negrįžtamo proceso (nors atvirkštinis perėjimas neprieštarauja energijos išsaugojimo įstatymui).

Taip pat pakabinti ant šviesos siūlai, kamuolys (švytuoklė) niekada spontaniškai padidins jo virpesių am-plaušo, priešingai, vienas iš pašalinių jėgos judėjimo, jis tikrai sustabdyti dėl to, kad dėl to atsparumo oro ir trinties trinties apie suspensiją. Taigi, švytuoklės pranešama mechaninė energija patenka į chaotiško molekulių judėjimo energiją (oro, pakabos medžiagos).

Matematiškai mechaninių procesų negrįžtamas yra išreikštas tuo, kad judesio judesio lygtis pasikeičia su laiko ženklu pasikeitimu: jie nėra invarianus, kai keičiasi t. ant - t.. Šiuo atveju pagreitis ir jėga, priklausomai nuo atstumų, nekeičia jų ženklų. Ženklas pakeičiant t. ant - t. Greitis. Atitinkamai ženklas keičia jėgą, priklausomai nuo greičio, trinties jėgos. Štai kodėl atliekant darbą trinties jėgos, kūno kinetinė energija yra negrįžtamai juda į vidinį.

Gamtos procesų kryptis rodo antrasis termodinamikos įstatymas.

Antrasis termodinamikos įstatymas.

Antrasis termodinamikos įstatymas - Vienas iš pagrindinių termodinamikos įstatymų, nustatančių realių termodinaminių procesų negrįžtamumą.

Antrasis termodinamikos įstatymas buvo suformuluotas kaip N. L. S. Carno įstatymas 1824 m., Tada W. Thomson (Kelvinas) 1841 m. Ir R. Clausius. Įstatymo formulavimas yra kitoks, bet lygiavertis.

Vokietijos mokslininkas R. Clausius suformulavo tokį įstatymą: neįmanoma išversti šilumos iš šaltesnės sistemos, kad nebūtų karšta, nesant kitų vienalaikių sistemų ar aplinkinių kūnų pokyčių.Tai reiškia, kad šiluma negali spontaniškai iš naujo išeiti iš šaltesnio kūno iki karšto karšto. clausių principas).

Pagal "Thomson" formuluotę, procesas, kuriame darbas virsta šilumu be jokių kitų sistemos, negrįžtamos, ty neįgyvendinamos visos šilumos, paimtos iš kūno, nesugadinant jokių kitų pokyčių. sistemos būklę ( "Thomson" principas).

Fizinė chemija: abstrakčios paskaitos Berezovchuk ir į

5. Procesai. Antrasis termodinamikos įstatymas

Antrasis termodinamikos įstatymas, priešingai nei pirmojo termodinamikos įstatymo, studijuoja visus procesus, kurie trunka pobūdžio, ir šie procesai gali būti klasifikuojami taip.

Procesai yra spontaniškas, ne klestintis, pusiausvyra, nėra išskirtinis.

Spontaniški procesai yra suskirstyti į grįžtamasisir. \\ T negrįžtamas.Antrasis termodinamikos įstatymas vadinamas izoliuotoje sistemoje proceso įstatymu (S). Žodis "entropija" buvo sukurta 1865 m R. Yu. E. Clausius - "Tropez" iš graikų reiškia transformaciją. 1909 m. Profesorius P. Aerbach. vadinama visų funkcijų karaliene vidaus energijabet S. – šešėlisšios karalienės. Entropija- nepamirštamos sistemos matas.

Grįžtami ir negrįžtami procesai

Negrįžtami procesaieikite be darbo sąnaudų, spontaniškai eina tik viena kryptimi, tai yra tokie pokyčiai sistemoje izoliuotoje sistemoje, kai visos sistemos savybės yra pakeistos apdorojant. Jie apima:

1) šilumos laidumas galutiniame temperatūros skirtume;

2) dujų plėtimosi galutiniu slėgio skirtumu;

3) difuzija į galutinį koncentracijos skirtumą.

Grįžtami procesaiatskiroje sistemoje tokie procesai, kuriuos galima pakeisti be jokių šios sistemos savybių pokyčių.

Grįžtamasis:mechaniniai procesai sistemoje, kurioje nėra trinties (puikus skystis, jo judėjimas, ne didžiuliai švytuoklės svyravimai vakuume, nesėkmingos elektromagnetinės virpesių ir elektromagnetinių bangų, kai nėra absorbcijos), kuri gali būti grąžinta į Pradinė būsena.

Spontaniškas. \\ T- procesai, kurie eina, jie nėra išleidžiami ant jų, jie patys gali jį gaminti (akmenų judėjimas kalnuose, Na juda palei paviršių dideliu greičiu, nes pasirinktas vandenilis.).

Ne prospektorius

Pusiausvyra yra padalinta iš tvarus, nestabilusir. \\ T abejingi.

1. Clausius Postatas - negali būti šilumos perėjimas nuo mažiau šildomas į daugiau šildomo kūno.

2. Tomsono postulatas - šalčiausios kūno šiluma negali būti darbo šaltinis.

Carno teorema - Clausius:visi grįžtami automobiliai, atliekantys Carno ciklą, kuriame yra tas pats šildytuvas, ir tas pats šaldytuvas turi tokį patį efektyvumą, nepriklausomai nuo darbo organo genties.

Q 1 / t 1 -

Q 2 / t 2 -

Q 1 / t 1 \u003d q 2 / t 2 -

Tai yra ketvirtoji antrojo termodinamikos įstatymo lygtis, jei procesas yra uždarytas

Su negrįžtam procesu:

Tai yra šeštoji antrosios termodinamikos įstatymo lygtis arba Clausius lygtis, už grįžtamąjį procesą yra nulis, nes negrįžtamas procesas yra mažesnis nei 0, bet kartais jis gali būti didesnis nei 0.

S.

S \u003d K.ln. W.

Veiksmas, atvirkštinis logaritmas - stiprumas. \\ T:

Pirmąjį termodinamikos įstatymą lemia funkcijos pastovumas U.izoliuotoje sistemoje. Rasti funkciją, išreiškiančią antrosios teisės turinį, būtent vienpusį procesų, atsirandančių izoliuotoje sistemoje, orientacija. Pageidaujamos funkcijos pokytis turėtų turėti visiems realiems, t. Y., negrįžtamiems procesams, atsirandančioms izoliuotose sistemose, tas pats ženklas. Antrasis įstatymas termodinamikos priede prie nevyriausybinių negrįžtamų procesų turėtų būti išreikštas nelygybė. Prisiminkite Carno ciklą. Kadangi bet koks ciklas gali būti pakeistas be galo daug begalinio krūvio ciklų, tada išraiška:

teisinga bet kokiam grįžtamuoju ciklu. Atsižvelgiant į kiekvieną pradinę šilumos mainų sritį T.\u003d Const, mes manome, kad:

ir visam ciklui

Energija Helmholtz Isochloro-izoterminis potencialas

F \u003d u - ts

Kiekis ( V - Ts.) yra sistemos nuosavybė; tai vadinama energija Helmholz. Buvo pristatytas Helmholz. 1882 m

dF \u003d DU - TDS - SDT,

U \u003d f + ts,

dF \u003d TDS - PDV - SDT,

F -pilnas skirtumas.

Padidėjęs tūris sukelia tai, kad izochorean-izoterminis potencialas sumažėja ("minus", kuris stovi anksčiau R).Padidėjusi temperatūra lemia F.sumažėja.

?Bet lygus. \\ T > ?Bet nevienodas

Q \u003d.?U + A,

A \u003d Q -?U,

A \u003d T (S 2 - S 1) - (U 2 - U 1),

A \u003d F1 - F 2 \u003d -?F,

Bet lygus. \\ T = – ?F -

fizinė prasmė izochloro-izoterminio potencialo.

Izochloro-izoterminis potencialo panaikinimas yra lygus maksimaliam šiame proceso sistemoje veikimui; F -spontaniško proceso kriterijus izoliuota sistema. Dėl spontaniško proceso: AF T G.< 0.

Dėl ne promotoriaus proceso :? F t, v\u003e 0. Dėl pusiausvyros proceso :? F t, v= 0.

?F v, t? 0.

Izochorean-izoterminis potencialas spontaniškuose procesuose yra sumažintas ir kai jis pasiekia minimalią vertę, pusiausvyros būsena įvyksta (4 pav.).

Fig. Keturi

2 - ne reklaminis procesas;

3 - Equilibrium procesas.

Izobariškas izoterminis potencialas.

1) G (p, t \u003dconst), gibbs energija

G \u003d u - ts + pv \u003d h - ts \u003d f + pv,

?Q \u003d DU - PDV + A?,,

?A? \u003d Q - du - PDV,

?A? Max. \u003d T (S2 \u200b\u200b- S 1) - (U 2 - U 1) - P (V 2 - V 1),

?A? Max. \u003d (U 1 - TS 1 + PV 1) - (U 2 - TS 2 + PV 2) \u003d G1 - G 2 \u003d -?G,

U - ts + pv \u003d g,

A? Max. = – ?G.

Izoba-izoterminio proceso veikimas yra lygus izobaro-izoterminiam potencialo sumažėjimui - šios funkcijos fizinės reikšmės;

2) Funkcija yra pilnas skirtumas, vienas vertinamas, baigtinis, tęstinis.

G \u003d u - ts + pv,

dG \u003d DU - TDS - SDT + PDV + VDP,

dG \u003d TDS - PDV - TDS - SDT + PDV + VDP,

dG \u003d -SDT + VDP,

Temperatūros padidėjimas lemia tai, kad izobariškas izoterminis potencialas yra sumažintas, nes anksčiau S.tai yra "minus" ženklas. Padidėjęs slėgis lemia tai, kad izobaro-izoterminis potencialas padidėja, nes anksčiau V.yra ženklas "PLUS";

3) G.kaip perdirbimo kriterijus izoliuotoje sistemoje.

Dėl spontaniško proceso: (? G.) P, T.< 0. Для несамопроизвольного процесса: (?G.) P, T.\u003e 0. Už pusiausvyros procesą: (?G) p, t \u003d 0

?G (p, t)? 0.

Sumažėja izobaro-izoterminis potencialas spontaniškuose procesuose, o kai jis pasiekia minimumą, pusiausvyros būklė įvyksta.

Fig. Penki

kur 1 yra spontaniškas procesas;

2 - Equilibrium procesas;

3 - Ne reklamos procesas.

Dirba sąnaudomis? U.ir? H..

Kovoti su veiksniais.Bentalpos veiksnys apibūdina molekulių pritraukimo stiprumą. Entropijos veiksnys apibūdina molekulių atskyrimo troškimą.

Entalpija - N.Vidinė energija - U.

H \u003d u + pv,

dH \u003d DU + PDV + VDP,

U \u003d ts - PV,

dU \u003d TDS - SDT + PDV + VDP,

dH \u003d -PDV + PDV + VDP; U \u003d TDS + VDP.

Fig. 6.

kur 1 yra spontaniškas procesas,

2 - Ne reklamos procesas,

3 - Equilibrium procesas

(DH) p, t? 0,

(Du) s, t? 0.

Gibbs - Helmholtz lygtys - maksimalios darbo lygtys.

Jie leidžia jums užmegzti ryšį tarp didžiausio pusiausvyros proceso darbo ir ne pusiausvyros proceso šilumos

helmholts lygtis (lygtis surišimo funkcijos F.ir. \\ T G.

gibbs lygtis (lygtis surišimo funkcijos F.ir. \\ T G.su jų temperatūros dariniais).

Clausius-Klapairone lygtis

Tai leidžia jums taikyti antrąjį termodinamikos įstatymą fazių perėjimams. Jei apskaičiuojate procesus, kuriuose atliekamas tik plėtra, tada vidinės energijos pokytis

U 2 - U 1 \u003d T (S 2 - S 1) - P (V 2 - V 1),

(U 1 - TS 1 + PV 1) \u003d (U 2 - TS 2 + PV 2),

G 1 \u003d g 2 -pusiausvyros sąlygomis.

Tarkime, kad 1 mol iš cheminės medžiagos juda nuo pirmojo etapo iki antrojo.

I fazė => dG 1 \u003d V 1 DP - S 1 DT.

II etapas. \\ T => 2 dg 2 dp - s 2 dp,pusiausvyros dG 2 - DG 1 \u003d0

dG 2 - DG 1 \u003d DP (V 2 - V 1) - DT (S 2 - S1) -

nėra sąlyginės pusiausvyros,

kur dp / dt -temperatūros slėgio koeficientas,

kur ? FP yra fazės perėjimo šiluma.

clausius-Klapairone lygtis, diferencinė lygties forma.

Lygtis nustato ryšį tarp fazės perėjimo, slėgio, temperatūros ir molinio tūrio keitimo šilumos.

empirinė Clausius-Klapairone lygtis.

Fig. 7.

Fig. aštuoni

Clausius-Klapairone lygčių studijų fazių perėjimai. Fazių perėjimai gali būti gentis ir gentis.

Aš natūra - būdingas izobariškų potencialų lygybė ir pokyčiai S.ir. \\ T V.

Gentus apibūdina izobariškų potencialų lygybė, entropijos lygybė ir molinių kiekių lygybė.

I natūra -? G.= 0, ?S.? 0, ?V.? 0.

II natūra -? G.= 0, ?S.= 0, ?V.= 0.

Šildomos šilumos algebrinė suma bet kokiam grįžtamojo apskrito procesui yra nulis.

Šis integrandas yra nedviprasmiškos valstybės funkcijos skirtumas. Ši nauja funkcija buvo įvesta Clausius. 1865 m. Ir pavadintas entropija - S.(nuo graikų. "Transformacija").

Bet kuri kitos būklės sistema turi visiškai apibrėžtą ir tik entropijos vertę, lygiai taip pat kaip ir tik reikšmę P, v, tir kitos savybės.

Taigi, entropija išreiškia lygtį:

kur S -tai yra valstybių, kurių pokyčiai dSV.grįžtamasis izoterminis šilumos perėjimo į sumą procesas Q.lygus proceso šilumui.

Su nepriklausomais kintamaisiais U.(vidinė energija) gali būti pažymėta U. Vn I. V.(tūris), arba R.(slėgis) ir N.(entalpija). Entropija yra būdinga funkcija. Charakteristikos funkcijos - sistemos būsenos funkcijos, kurių kiekvienas, naudojant savo išvestines finansines priemones, leidžia aiškiai išreikšti kitas sistemos termodinamines savybes. Mes priminsime savo penkių cheminės termodinamikoje:

1) izobaro-izoterminis potencialas (Gibbs Energy) su nepriklausomais kintamaisiais T, R.ir kiekvieno komponentų molių skaičius ir.;

2) izochloro-izoterminis potencialas (Helmholtz Energy) su nepriklausomais kintamaisiais T, v, n i;

3) vidinė energija su nepriklausomais kintamaisiais: S, v, n i;

4) entalpija su nepriklausomais kintamaisiais: S, p, p i;

5) entropija su nepriklausomais kintamaisiais N, p, n i. .

Izoliuotose sistemose. \\ T (U. \\ tir. \\ T V \u003d.const) su negrįžtamais procesais, entropijos sistema didėja, \\ t dS \u003e.0; Su grįžtamu - nesikeičia, dS \u003d.0.

Komunikacijos entropija su kitais termodinaminiais parametrais

Siekiant išspręsti konkrečią užduotį, susijusią su entropijos naudojimu, būtina nustatyti ryšį tarp jo ir kitų termodinaminių parametrų. Lygtis. \\ T dS \u003d.?Q / T.kartu su? Q \u003d DU + PDVir? Q \u003d DH - VDPsuteikia lygtis:

dU \u003d TDS - PDV,

dH \u003d TDS + VDP.

Ilgalaikis lygtis:

atsižvelgiant į funkcinę priklausomybę ? (T, v, s) \u003d0, mes gauname

Dabar mes surasime entropijos priklausomybę nuo lygčių:

Tai yra šios priklausomybės:

Šios dvi lygtys yra beveik svarbiausi bendri santykiai:

TDS \u003d CDT.

Naudojant skirtingas priklausomybes, galite gauti kitas lygtis, kurios jungiasi termodinaminiais parametrais.

Spontaniškas. \\ T- procesai, kurie eina patys, jie neturi praleisti darbo, jie patys gali jį gaminti (akmenų judėjimas kalnuose, natrio su dideliu greičiu juda virš paviršiaus, nes vandenilis yra išleistas), o kalio pažodžiui "šokinėja" vanduo.

Ne prospektorius- Procesai, kurie negali eiti patys, jie praleidžiami jiems.

Pusiausvyra yra suskirstyta į tvarią, nestabilią ir abejingą.

Antrojo termodinamikos įstatymo postulatai.

1. Clausius postulate - "Nėra šilumos perėjimo iš mažiau šildomų į šiltiną kūną."

2. Tomsono postulatas - "šalčiausios kūno šiluma negali būti darbo šaltinis".

Caro-Clausius teorema:"Visi grįžtami automobiliai, atliekantys Carno ciklą su to paties šildytuvo dalyvavimu ir tuo pačiu šaldytuvu, turi tokį patį efektyvumą, nepriklausomai nuo darbo organizacijos."

Analizės išraiškos antrojo įstatymo termodinamikos.

1. Klasikinė antrojo termodinamikos įstatymų lygtis

kur Q / t -sumažinta šiluma;

Q 1 / t 1 -sumažintas šilumos šildytuvas;

Q 2 / t 2 -sumažinta šaldytuvo šiluma;

Q 1 / t 1 \u003d q 2 / t 2 -Šildytuvo ir šaldytuvo šilumos lygybė. Tai yra antroji termodinamikos lygybė.

Jei padalinsime adiabatus į daugelį karnų ciklų, tada mes gauname

Tai yra trečioji antrosios termodinamikos įstatymo lygybė be galo mažam CARNO ciklui.

Jei procesas yra galutinis, tada

Tai yra ketvirtoji antrojo termodinamikos įstatymo lygtis

Jei procesas yra uždarytas, tada

Tai yra penktoji antrojo termodinamikos įstatymo, skirto grįžtamuoju procesu, lygtis.

Integruotas ant uždarojo kontūro - Clausius Integral.

Su negrįžtam procesu:

Šeštoji antrojo termodinamikos įstatymo ar Clausius lygtis, už grįžtamąjį procesą yra nulis, už negrįžtamą procesą jis yra mažesnis nei 0, tačiau kartais jis gali būti didesnis nei 0.

tai septintoji antrosios termodinamikos įstatymo lygtis. Antrasis termodinamikos įstatymas - augimo įstatymas S.

S \u003d K.ln. W.

S \u003d K.ln. W -

tai yra boltzmann formulė,

kur S -entropija yra sutrikimo sistemos laipsnis;

k-boltzmann pastovus;

W -makro stovų sistemos termodinaminė tikimybė.

Termodinaminė tikimybė- šios sistemos mikroskopinių dažų skaičius, su kuriuo galite įgyvendinti šią sistemos sistemą (P, t, v).

Jeigu W \u003d.1, T. S \u003d.0, esant absoliutaus nulio -273 ° C temperatūroje, visi judesiai yra sustabdyti.

Termodinaminė tikimybė- Tai yra būdų, kad atomai ir molekulės gali būti paskirstytos tūryje.

Nuo knygos medicininės fizikos Autorius Podcolzina Vera Aleksandrovna.

25. Antrasis termodinamikos pradžia. Entropija Yra keletas antrojo termodinamikos įstatymų formuluotės: pati šiluma negali judėti nuo kūno su mažesne temperatūra į kūną su didesne temperatūra (Clausius preparatas), arba amžinasis variklis yra neįmanoma

Nuo knygos fizinės chemijos: paskaitos santrauka Berezovchuk ir į

29. Fiziniai procesai biologinėse membranose Svarbi ląstelės dalis yra biologinės membranos. Jie sukaupia aplinkai narvą, apsaugo nuo kenksmingų išorinių įtakų, kontroliuoja metabolizmą tarp ląstelių ir jos aplinkos, prisideda

Iš knygos naujausia faktų knyga. 3 tomas [fizika, chemija ir technologijos. Istorija ir archeologija. Miscellanea] Autorius Kondrashov Anatolijus Pavlovich.

3. Pirmasis termodinamikos įstatymas. Kalorijų koeficientai. Bendravimas tarp CP ir CV funkcijų dėl pirmojo įstatymo termodinamikos formuluotės.1. Bendras energijos tiekimas izoliuotoje sistemoje išlieka pastovi.2. Skirtingos energijos formos yra vieni kitai griežtai lygiaverčiai

Nuo knygos atominės energijos kariniams tikslams Autorius Smith Henry Devolf.

2. Elektrodų procesai elektrodų procesai - procesai, susiję su įkrovimo pervedimu per sieną tarp elektrodo ir tirpalo. Katodiniai procesai yra susiję su molekulių arba jonų atkūrimo reaguojančios medžiagos, anodiška - su oksidacijos reakcijos medžiagos ir

Iš knygos fizikos istorijos eiga Autorius Stepanovich Kudryavtsev Pavel

3. Katodiniai ir anodiniai procesai galvanotechnikoje Pagrindiniai galvanotechnikos procesai yra restauravimas ir nuosmukis. "Kat" - atkūrimas, kuriame Kat yra katodas. Apie tai yra sumažėjimas, kai yra anodas. Elektroz H2O: katodinės reakcijos paskutinė reakcija vyksta

Nuo knygos lazerio istorijos Autorius Bertolotti Mario.

4. Stochastiniai procesai ir savarankiškai organizuojantys sistemos stochastic procesai ir savikontrolės sistemos yra studijuoti elektrocheminių sinergetikos objektas. Tokie procesai atsiranda visose srityse: perėjimas nuo laminorinės iki turbulentinio proceso,

Nuo knygos amžinojo variklio - prieš ir dabar. Nuo utopijos - mokslo, nuo mokslo - į utopiją Autorius Brodiance Viktoras Mikhailovich.

Paskaita Nr. 15. Trečiasis termodinaminis įstatymas Chemijos sąnaudų sąvoka. Yra žinoma, kad daugelis medžiagų reaguoja vienas su kitu lengvai ir greitai, kitos medžiagos reaguoja su sunkumais, o kiti nereaguoja. Remiantis tuo, buvo daroma prielaida, kad yra tarp medžiagų

Iš knygos 4. kinetika. Šiluma. Sound. Autorius Feynman Richard Phillips.

Nuo mechanikos knygos iš senovės iki šios dienos Autorius Grigorijos Asselot Tigranovich.

Kaskados ir kombinuoti procesai 9.32. Visuose statistiniuose metoduose, skirtuose izotopų atskyrimui gauti medžiagą, kurioje yra 90% arba daugiau U-235 arba deuterio, reikia daug nuoseklių atskyrimo veiksmų. Jei srautas nuolat juda nuo vieno etapo iki

Nuo autoriaus knygos

Termodinamikos atsiradimas ir plėtra. CARNO, jei XVIII a. Fizikoje (išskyrus mechaniką), dominuoja eksperimentas, todėl fizikai buvo nustatyti kaip mokslas "Apie tai, kad per patirtį galima žinoti", tada XIX a. Vaizdas pradeda keistis. Eksperimentinė fizika

Nuo autoriaus knygos

Antra termodinamikos pažanga šilumos inžinerijos pažanga ne tik paskatino energijos išsaugojimo ir tekinimo energiją atidarymą, bet ir persikėlė į teorinį terminio reiškinių tyrimą. Nustatytos pagrindinės sąvokos, sukurta šilumos teorijos aksiomatika, \\ t

Nuo autoriaus knygos

Antrasis kietojo kūno lazeris 1959 m. Rugsėjo mėn. Miestas surengė konferenciją "Quantum Electronics - rezonansiniais reiškiniais", tuo, nors lazeris dar nebuvo sukurtas, dauguma neoficialių diskusijų buvo sutelktos į lazerius. Petras dalyvavo šioje konferencijoje. Petras dalyvavo šioje konferencijoje

Nuo autoriaus knygos

Trys skyrius. PPM-2 idėja ir antrasis termodinamikos įstatymas, nesuprantantis viso loginio išsamumo ir sekos principų, ne tik supbo galvos, bet ir nesąmonės atvejais. N. G.

Nuo autoriaus knygos

Nuo autoriaus knygos

45 skyrius Termodinamikos pavyzdžiai § 1. Vidaus energija§ 2. Applimplai§ 3. Clausius lygtis -Climon§ 1. Vidinė energija yra būtina naudoti termodinamiką verslui, paaiškėja, kad tai yra labai sudėtingas ir sudėtingas dalykas. Tačiau šioje knygoje mes nesame

Nuo autoriaus knygos

IX. Mechanika Rusijoje XIX-pradžios XX pusėje