De tweede wet van de thermodynamica. Interpretaties, theoretische en praktische rechtvaardiging

De eerste wet van de thermodynamica is een van de meest voorkomende en fundamentele wetten van de natuur. Het is geen enkel proces bekend waar tenminste

tot op zekere hoogte zou zijn overtreding in acht worden genomen. Als een proces is verboden door de eerste wet, dan kunt u absoluut vertrouwen zijn dat het nooit zal gebeuren. Deze wet geeft echter geen instructies over welke richtingprocessen zich ontwikkelen die voldoen aan het beginsel van energiebesparing.

Laten we dit voorbeeld uitleggen.

Richting van thermische processen. De eerste wet van de thermodynamica zegt niets over de richting van warmte-uitwisseling tussen de instanties in verschillende temperaturen die zijn gegeven in thermisch contact. Zoals hierboven reeds besproken, treedt warmtewisseling op, zodat de temperaturen zijn uitgelijnd en het gehele systeem neigt naar de staat van thermisch evenwicht. Maar het eerste wet zou niet worden verstoord als de warmteoverdracht van het lichaam, van het lichaam met een lage temperatuur naar het lichaam was met een hoger, op voorwaarde dat de volledige levering van interne energie ongewijzigd zou blijven. Echter, de dagelijkse ervaring laat zien dat het nooit zal gebeuren.

Nog een voorbeeld: wanneer de stenen op een hoogte valt, verdwijnt alle kinetische energie van zijn progressieve beweging wanneer de grond slaat, maar de interne energie van de steen zelf en de lichamen omringen, zodat de wet van energiebesparing natuurlijk natuurlijk is , blijkt niet te worden gestoord. Maar de eerste wet van de thermodynamica zou niet in strijd zijn met het retourproces, waarin de steen uit de omliggende items een bepaalde hoeveelheid warmte uit de omliggende items zou zijn gepasseerd, waardoor de steen tot een hoogte zou zijn gestegen. Niemand heeft echter ooit zulke spontane rigging-stenen bekeken.

De oneffenheden van verschillende soorten energie. Door in deze en andere soortgelijke voorbeelden te denken, komen we tot de conclusie dat de eerste wetgeving van de thermodynamica geen beperkingen oplegt op de richting van energietransformaties van de ene soort in de andere en in de richting van de warmteovergang tussen de organen, Alleen de belangrijkste levering van energie in gesloten systemen eisen. Ondertussen toont de ervaring dat verschillende soorten energie niet gelijk zijn aan het vermogen om in andere typen te veranderen.

Mechanische energie kan volledig worden omgezet in de interne energie van elk lichaam, ongeacht wat de temperatuur ervan was. Inderdaad, elk lichaam kan worden verwarmd met wrijving, waardoor de interne energie per waarde gelijk is aan volmaakt werk. Evenzo kan elektrische energie volledig worden omgezet in het innerlijke, bijvoorbeeld wanneer de elektrische stroom door de weerstand wordt doorgegeven.

Voor inverse transformaties van interne energie aan andere typen zijn er bepaalde beperkingen die bestaan \u200b\u200buit het feit dat de levering van interne energie in geen geval kan worden

geheel aan andere soorten energie. Met de duidelijke eigenaardigheden van energietransformaties, wordt de richting van vloeiende processen in de natuur geassocieerd. De tweede wet van de thermodynamica, weerspiegelt de focus van natuurlijke processen en imposante beperkingen op de mogelijke richtingen van energietransformaties in macroscopische systemen, is, evenals elke fundamentele wet, een generalisatie van een groot aantal ervaren feiten.

Om duidelijker de fysieke inhoud van de tweede wet van de thermodynamica voor te stellen, overweeg dan meer over de kwestie van omkeerbaarheid van thermische processen.

Omkeerbare en onomkeerbare processen. Als het voldoende is om de voorwaarden langzaam te veranderen, zodat de snelheid van het proces die in het onderhavige systeem stroomt aanzienlijk minder was dan de ontspanningssnelheid, dan is een dergelijke werkwijze fysiek een keten van dicht bij elkaar van evenwichtstoestanden aanwezig. Daarom wordt een dergelijk proces beschreven door dezelfde macroscopische parameters als de staat van evenwicht. Deze trage processen worden Equilibrium of quasistic genoemd. Met dergelijke processen kan het systeem worden gekenmerkt door parameters zoals druk, temperatuur, enz. Echte processen zijn niet-evenwicht en kunnen als evenwicht worden beschouwd met een grotere of minder nauwkeurigheid.

Overweeg de volgende voorbeelden.

Laat gas in een cilindrisch vat worden gesloten door een zuiger. Als u de zuiger op de laatste snelheid duwt, is de gasuitbreiding een onomkeerbaar proces. Inderdaad, zodra de zuiger wordt getrokken, zal de gasdruk rechtstreeks bij de zuiger minder zijn dan in andere delen van de cilinder. Een dergelijk proces kan niet omkeerbaar zijn via dezelfde tussenliggende toestanden, omdat wanneer de zuiger wordt onthuld, het zal niet zuiger zijn van de ultieme snelheid in de buurt van de zuiger, maar de compressie ervan. Aldus geeft de snelle uitbreiding of gascompressie een voorbeeld van een onomkeerbaar proces.

Om het gas strikt helder uit te breiden, moet je de zuiger eindeloos langzaam duwen. Tegelijkertijd zal de gasdruk op elk moment gelijk zijn op elk moment, de toestand van het gas zal afhangen van de positie van de zuiger, en niet uit de richting van zijn beweging, en het proces zal omkeerbaar zijn.

De meest levendige onomkeerbaarheid van het gasuitbreidingsproces is gemanifesteerd wanneer de uitbreiding plaatsvindt in de leegte zonder mechanisch werk uit te voeren.

Onomkeerbaar zijn alle processen vergezeld van warmte-uitwisseling tussen lichamen met verschillende temperaturen. De onomkeerbaarheid van een dergelijke warmtewisseling is bijzonder duidelijk zichtbaar op het voorbeeld van de uitlijning van de temperaturen van de in contact gegeven organen.

Onomkeerbaar zijn de processen waarin de mechanische energie in het interne in de aanwezigheid van wrijving beweegt, wat vaak wordt gezegd dat het de selectie van warmte is als gevolg van wrijving. Bij afwezigheid van wrijving zouden alle mechanische processen omkeerbaar zijn.

Aldus zijn de evenwichts-omkeerbare processen abstractie en zijn in de praktijk niet als gevolg van het bestaan \u200b\u200bvan wrijving en warmte-uitwisseling niet gevonden. De studie van evenwichtsprocessen in thermodynamica maakt het mogelijk om aan te geven hoe processen moeten worden uitgevoerd in echte systemen om de beste resultaten te krijgen.

Verschillende formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica. Historisch gezien werd de opening van de tweede wet van de thermodynamica geassocieerd met de studie van de kwestie van de maximale efficiëntie van thermische machines uitgevoerd door de Franse wetenschapper Sadi Carlo. Later boden R. Clausius en W. Thomson (Lord Kelvin) verschillende typen, maar de equivalente formulering van de tweede wet van de thermodynamica.

Volgens de formulering van Clausius is het proces onmogelijk, het enige resultaat daarvan zou de overgang van warmte van het lichaam zijn met een lagere temperatuur naar het lichaam met een hogere temperatuur.

Thomson formuleerde de tweede wet van de thermodynamica als volgt: het periodieke proces is onmogelijk, het enige eindresultaat waarvan het werk zou zijn als gevolg van warmte van het ene lichaam.

De uitdrukking "Het enige resultaat" in deze formuleringen betekent dat er geen andere wijzigingen, naast deze, noch in de in overweging van de systemen, niet in de omliggende organen voorkomen. De voorwaardelijke regeling van dit soort proces verboden door het postulaat van clausules wordt getoond in FIG. 56, en het proces verboden door de Tomson Poston is in FIG. 57.

Bij de formulering van Thomson legt de tweede wet van de thermodynamica beperkingen op aan de omzetting van interne energie in mechanisch. Uit de formulering van Thomson volgt dat het onmogelijk is om een \u200b\u200bauto te bouwen die alleen werk zou maken door warmte uit het milieu te verkrijgen. Een dergelijke hypothetische machine ontving de naam van de eeuwige motor van de tweede soort, omdat door de onbeperkte interne energiereserves in de aarde, de oceaan, de atmosfeer zou gelijk zijn aan de eeuwige motor voor alle praktische doeleinden.

De eeuwige motor van de tweede soort is niet in conflict met de eerste wet van de thermodynamica, in tegenstelling tot de eerste-kind Eternal Engine, d.w.z. apparaten om helemaal te werken zonder een energiebron te gebruiken.

Equivalentie van Clausius en Thomson's formulering. Gelijkwaardigheid van de bewoording van de tweede wet van de thermodynamica,

aanbevolen door Clausius en Thomson, is het vastgesteld door eenvoudige redenering.

Stel dat Thomson's oneerlijk staat. Dan is het mogelijk om een \u200b\u200bdergelijk proces uit te voeren, waarvan het enige resultaat de prestaties van de warmte zou zijn, afkomstig uit de enige bron met de temperatuur van T. Dit werk zou bijvoorbeeld door wrijving kunnen zijn Uitgezonden door het lichaam, waarvan de temperatuur hoger is dan dat. Het enige resultaat van een dergelijk verbindingsproces zou de overgang van warmte van het lichaam met een temperatuur T naar het lichaam met een hogere temperatuur zijn. Maar dit zou in tegenspraak zijn met het postulaat van Clausius. Dus Clausius's postulate kan dus niet eerlijk zijn als Thomson's postulate onjuist is.

Stel dat nu, integendeel, de onrechtvaardige houding van Clausius, en we zullen laten zien dat het postulaat van Tomson ook niet kan worden uitgevoerd. We bouwen een conventionele warmte-machine die zal werken, wat warmte van de kachel krijgt, de koelkast geven en het verschil in het werk veranderen (fig. 58).

Aangezien de Clausius-houding wordt verondersteld onjuist te zijn, is het mogelijk om een \u200b\u200bproces uit te voeren, waarvan het enige resultaat de overgang van de hoeveelheid warmte is die gelijk is aan de koelkast naar de kachel. Schematisch wordt dit getoond aan de rechterkant van FIG. 58.

Fig. 56. Het schema van een hypothetisch apparaat waarin Clausius postulaat is gebroken

Fig. 57. Het schematische diagram van een hypothetisch apparaat waarin het postulaat van Tomson kapot is

Fig. 58. Combinatie van de inrichting getoond in FIG. 56, waarin het postulaat van Clausius is verbroken, krijgen we een systeem waarin het postulaat van Tomson wordt geschonden.

Dientengevolge zal de kachel de werkvloeistof van de warmte-machine de hoeveelheid warmte geven en om in het proces te ontvangen in strijd met het postulaat van clausules, de hoeveelheid warmte, zodat het in het algemeen de hoeveelheid warmte, gelijk is aan Naar precies het bedrag

warme machine verandert in werk. In de koelkast, in het algemeen, komen er helemaal geen wijzigingen voor, want het geeft en krijgt het dezelfde hoeveelheid warmte nu het duidelijk is dat door de werking van de warmte-machine en het proces in strijd met het postulaat van Clausius te combineren, dat u kunt krijgen Proces in strijd met het postulaat van Tomson.

Aldus zijn de postulaten van Clausius en Thomson zowel trouw of beiden zijn onjuist, en in die zin zijn ze gelijkwaardig. Hun gerechtigheid voor macroscopische systemen wordt bevestigd door alle bestaande experimentele feiten.

Het principe van karatodory. De fysieke inhoud van de tweede wet van de thermodynamica in de bewoording van Clausius en Thomson wordt uitgedrukt als een bewering van de onmogelijkheid van specifieke thermische processen. Maar het is mogelijk om een \u200b\u200bdergelijke formulering te geven die het type proces niet specificeert, waarvan de onmogelijkheid wordt goedgekeurd door deze wet. Deze formulering wordt het principe van karatodory genoemd. Volgens dit principe, in de buurt van elke evenwichtsstaat van elk thermodynamisch systeem, zijn er andere evenwichtstaten onbereikbaar vanaf het eerste adiabatische pad.

Laten we de gelijkwaardigheid van de formulering van Thomson en het Karatodory-principe tonen. Laat een willekeurig thermodynamisch systeem quasistisch transformeert van sommige staat 1 in nauwe 2 -toestand, het ontvangen van een bepaalde hoeveelheid warmte en het uitvoeren van werk dan in overeenstemming met de eerste wet van de thermodynamica

Wij betalen het systeem van adiabatisch terug uit de staat 2 naar de staat, dan in een dergelijk omgekeerd proces, de warmte-uitwisseling is afwezig en de eerste wet van de thermodynamica geeft

waar wordt het werk uitgevoerd door het systeem. Vouwen (1) en (2), we krijgen

De verhouding (3) toont aan dat in een dergelijk cyclisch proces het systeem, dat terugkeert naar de oorspronkelijke staat, in gebruik veranderde, alle verkregen warmte. Maar het is onmogelijk volgens de tweede wet van de thermodynamica in de formulering van Thomson. Zo is een dergelijk cyclisch proces niet effectief. De eerste fase is altijd mogelijk: in dit stadium wordt warmte eenvoudig aan het systeem geleverd en zijn er geen andere voorwaarden gesuperponeerd. Daarom is alleen de tweede fase hier onmogelijk wanneer, per voorwaarde, het systeem moet terugkeren naar de oorspronkelijke staat van adiabatisch. Met andere woorden,

de staat is adiabatisch onbereikbaar uit de staat van dichtbij.

Het principe van adiabatische onbereikbaarheid betekent dat bijna alle echte fysieke processen optreden bij warmte-uitwisseling: adiabatische processen zijn een zeldzame uitzondering. Naast elke evenwichtsstatus zijn er vele anderen, de overgang waarnaar noodzakelijkerwijs warmte-uitwisseling vereist, en slechts in enkele van hen kunnen adiabatisch worden toegankelijk.

Op basis van de formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica is het mogelijk om de resultaten van Carno te verkrijgen voor de maximaal mogelijke efficiëntie van thermische machines. Voor een thermische machine die een cyclus uitvoert tussen een vaste temperatuurverwarmer en een koelkast met een temperatuurcoëfficiënt kan de waarden niet overschrijden

De grootste waarde wordt bepaald met de formule (4), wordt bereikt bij de warmte-machine die een omkeerbare cyclus uitvoert, ongeacht wat wordt gebruikt als werkvloeistof. Deze verklaring genaamd Meestal Theorest Carno wordt hieronder bewezen.

De cyclus is omkeerbaar als deze bestaat uit omkeerbare processen, d.w.z. zodanig dat in elke richting kan worden uitgevoerd door dezelfde keten van evenwichtstaten.

Fig. 59. CARNO CYCLE OP -DIAGRAM IDEAL GAS

Het enige omkeerbare cyclische proces dat tussen de kachel kan worden uitgevoerd en de koelkast met vaste temperaturen is de zogenaamde Carno-cyclus die bestaat uit twee isothermen en twee Adiabat. Voor perfect gas wordt een dergelijke cyclus weergegeven in FIG. 59. In een deel 1-2 heeft het gas een temperatuur die gelijk is aan de temperatuur van de kachel en is isotherme dat de hoeveelheid warmte van de kachel verkrijgt. Tegelijkertijd maakt gas een positief werk gelijk aan de verkregen warmte. In de sectie 2-3 breidt het gas adiabatisch uit, en tegelijkertijd neemt de temperatuur ervan af van de waarde die gelijk is aan de temperatuur van de koelkast die door gas op dit gebied wordt uitgevoerd, is het werk gelijk aan het verlies van zijn interne energie. In het volgende gedeelte 3-4 is gas isothermen gecomprimeerd. Tegelijkertijd geeft hij de koelkast de hoeveelheid warmte die gelijk is aan het werk dat erboven wordt uitgevoerd in compressie. In een perceel van 4-1 wordt het gas adiabatisch gecomprimeerd zolang het is

de temperatuur zal niet stijgen tot de waarde van een toename van de interne energie van het gas tegelijkertijd gelijk aan de werking van de externe krachten die worden uitgevoerd in compressie van het gas.

De CARNO-cyclus is het enige gesloten proces dat kan worden uitgevoerd. In feite zijn adiabatische processen omkeerbaar als ze vrij langzaam worden uitgevoerd, d.w.z. quasistatisch. Isothermische processen zijn de enige warmte-uitwisselingsprocessen die kunnen worden uitgevoerd. Voor een ander proces kan de temperatuur van de werkvloeistof verandert en, volgens de tweede wet van de thermodynamica, warmte-uitwisseling met de kachel of koelkast niet omkeerbaar: de uitwisseling van warmte in de aanwezigheid van een eindig temperatuurverschil is de aard van Harmonisatie van thermisch evenwicht en is geen evenwichtsproces.

Natuurlijk gebeurt de uitwisseling van warmte in de afwezigheid van temperatuurverschil eindeloos langzaam. Daarom vervolgt de omkeerbare cyclus van de CARNO de oneindig lange en kracht van de warmte-machine bij de maximaal mogelijke efficiëntie, bepaald door de formule (4), neigt naar nul. Processen in elke echte machine bevatten noodzakelijkerwijs onomkeerbare links, en bijgevolg is de efficiëntie altijd minder dan theoretische limiet (4).

Voorwaarden voor het verkrijgen van maximaal werk. De transformatie van interne energie in mechanisch, als volgt van de tweede wet van de thermodynamica, kan niet volledig worden uitgevoerd. Om mechanische energie in te schakelen, is het maximale mogelijke deel van de interne energie noodzakelijk om uitzonderlijk omkeerbare processen te gebruiken. Overweeg het volgende voorbeeld om te illustreren. Laat er een beetje lichaam zijn dat niet in een staat van thermisch evenwicht is met het milieu, zoals het perfecte gas in de cilinder met een zuiger met een temperatuur die hoger is dan de omgevingstemperatuur T (fig. 60). Hoe krijg je het beste werk, op voorwaarde dat het gas in de eindstatus hetzelfde volume moet bezetten als in de initiaal?

Fig. 60. Om het maximale werk te krijgen

Als de gastemperatuur gelijk was aan de omgevingstemperatuur, zou d.w.z. gas in thermisch evenwicht met de omgeving, dan zou geen werk onmogelijk zijn om werk te krijgen. De omzetting van interne energie in mechanisch kan alleen voorkomen als de initiële toestand van het gehele systeem geen evenwicht is.

Maar met een niet-evenwichtige initiële toestand, wordt de overgang van het systeem in evenwichtsstatus niet noodzakelijk gepaard met de transformatie van interne energie in mechanisch. Als je gewoon gas naartoe brengt

warmte contact met de omgeving, zonder het uit te breiden, dan zal het gas afkoelen en zal er geen werk worden uitgevoerd. Daarom moet u voor de mogelijkheid van werkzaamheden een gas verstrekken met de mogelijkheid om uit te breiden, in gedachten te houden dat het dan zal moeten samenpersen, aangezien, door de toestand in de eindstatus, het gas hetzelfde volume als in de eerste.

Om de maximale werking te verkrijgen, moet de overgang van de initiële toestand naar de finale omkeerbaar worden geproduceerd. En dit kan alleen worden gedaan met behulp van adiabatische en isothermische processen. Het gas moet dus adiabatisch uitbreiden totdat de temperatuur gelijk wordt aan de omgevingstemperatuur T, en vervolgens wordt isotherme geperst bij deze temperatuur tot het initiële volume (fig. 61). Gas uitgevoerd met de adiabatische expansie van 1-2 werk, zoals te zien is uit de figuur, meer dan het werk dat moet worden uitgevoerd boven het gas met isothermische compressie 2-3. Het maximale werk dat kan worden verkregen tijdens de gasovergang van toestand 1 naar de staat 3 is gelijk aan het gebied van gearceerd in FIG. 61 Curvilinear Triangle 1-2-3.

De bestudeerde patronen van de omkeerbare warmtemotoractie stellen u in staat om de principes van de werking van de koelmachine en de warmtepomp te overwegen. In de koelmachine komen alle processen in het tegenovergestelde (vergeleken met de richting van de thermische motor (fig. 62). Vanwege het mechanische werk en van een reservoir bij een lagere temperatuur, wordt tegelijkertijd een bepaalde hoeveelheid warmte genomen met een tank met een hogere temperatuur waarvan de rol meestal het milieu uitvoert, de hoeveelheid warmte die gelijk is aan het bedrag als gevolg van de omkeerbaarheid van de auto in overweging is geldig

wat in overeenstemming met (4) kan worden beschouwd als een efficiëntiecoëfficiënt van de overeenkomstige warmtemachine.

Voor een koelmachine is de hoeveelheid warmte de grootste interesse van het gekoelde reservoir. Van (5) voor het hebben

De grafiek van milieutemperatuur (voor omkeerbaar proces) is afgebeeld in FIG. 63. Het kan worden gezien dat met de gescheiden warmte, maar bij een lage temperatuurverschil, de verhouding kan grote waarden kosten. Met andere woorden, de efficiëntie van de koelmachine met geliefden

de waarden kunnen erg groot zijn, aangezien de hoeveelheid warmte wordt weggenomen van de gekoelde instanties, kan de werking aanzienlijk overschrijden, die in echte koelmachines een compressor uitvoert die wordt aangedreven door een elektromotor.

In technische thermodynamica wordt de zogenaamde koelcoëfficiënt gebruikt als de verhouding van de hoeveelheid warmte die uit de gekoelde lichamen is genomen, naar het werk van de externe krachten.

In tegenstelling tot de thermische motor (4) kan de koelfactor waarden, grote eenheden ontvangen.

Fig. 61. Het proces van het verkrijgen van maximaal werk aan diagram

Fig. 62. Concept van koelmachine

In echte industriële en huishoudelijke installaties en meer. Zoals te zien is van (7), is de koelkastcoëfficiënt de grotere, hoe kleiner de omgevingstemperaturen en het gekoelde lichaam verschillen.

We beschouwen nu de werking van de warmtepomp, d.w.z. de koelmachine die werkt om de warme tank (verwarmde ruimte) te verwarmen vanwege warmte, afkomstig uit een koude tank (omgeving). Het schematische diagram van de warmtepomp is identiek aan het diagram van de koelmachine (zie Fig. 62). In tegenstelling tot een koelmachine voor een thermische pomp is praktisch belang niet - de hoeveelheid warmte verkregen door de verwarmde lichaam: op dezelfde manier (6) hebben we

In technische thermodynamica om de effectiviteit van warmtepompen te karakteriseren, wordt de zogenaamde verwarmingscoëfficiënt van EOTOP ingevoerd gelijk aan

De bovenstaande formules (7) en (9) zijn geldig voor omkeerbare machines. Voor echte machines, waarbij processen volledig of gedeeltelijk onomkeerbaar zijn, geven deze formules een beoordeling van koelings- en verwarmingscoëfficiënten.

Dus, bij gebruik van de warmtepomp ontvangt de verwarmde ruimte meer warmte dan met directe verwarming. In deze omstandigheid trok ik de aandacht op W. Thomson, die het idee biedt van de zogenaamde dynamische verwarming, die in het volgende bestaat. De hitte verkregen bij het verbranden van brandstof wordt niet gebruikt voor directe verwarming van de kamer, maar wordt naar de thermische motor gestuurd om mechanisch werk te verkrijgen. Met dit werk wordt de warmtepomp aangedreven, die de kamer verwarmt. Met een klein verschil in de temperaturen van het milieu en de verwarmde ruimte, ontvangt de laatste hitte merkbaar groter dan wordt vrijgelaten wanneer brandstofverbranding. Dit lijkt misschien paradoxaal.

In feite is er geen paradox in de warmtepomp en dynamische verwarming, die absoluut duidelijk wordt als u profiteert van het concept van interne energie. Onder de kwaliteit van interne energie betekent het vermogen om in andere typen te veranderen. In die zin wordt de hoogste kwaliteit gekenmerkt door energie in mechanische of elektromagnetische vormen, aangezien het volledig in intern is omgezet in elke temperatuur. Wat interne energie betreft, is de kwaliteit van de hogere, hoe hoger de lichaamstemperatuur waarin het wordt opgeslagen. Elk van nature komende onomkeerbare werkwijze, zoals de overgang van warmte naar het lichaam met een lagere temperatuur, leidt tot de afschrijving van de interne energie, tot een afname van de kwaliteit ervan. Bij omkeerbare processen komt de kwaliteit van energie niet op, aangezien alle energietransformaties in de tegenovergestelde richting kunnen gaan.

Op de gebruikelijke manier van verwarmen is de gehele warmte vrijgelaten bij het verbranden van de brandstof wanneer het wordt verhit door een elektrische stroom of verkregen uit een warme tank, enz., Voert u de kamer in de vorm van dezelfde hoeveelheid warmte, maar bij een lagere temperatuur, is een kwalitatieve afschrijving van interne energie. De warmtepomp of het dynamische verwarmingssysteem elimineert de onmiddellijke onomkeerbare warmte-uitwisseling tussen de lichamen met verschillende temperaturen.

Wanneer de warmtepomp of het dynamische verwarmingssysteem wordt bediend, wordt de kwaliteit van de interne energie verhoogd doordraagt \u200b\u200bnaar de verwarmde ruimte uit het milieu. Met een klein temperatuurverschil, wanneer de kwaliteit van deze energie niet significant toeneemt, wordt de hoeveelheid groter dan en de hoge efficiëntie van de warmtepomp en dynamische verwarming als geheel wordt uitgelegd.

Geef voorbeelden van verschijnselen die voldoen aan de wet van energiebesparing, maar toch nooit in de natuur worden waargenomen.

Wat verschijnt de ongelijkheden van verschillende soorten energie? Illustreer deze oneigenlijkheid op de voorbeelden.

Wat is een omkeerbaar thermisch proces? Geef voorbeelden van omkeerbare en onomkeerbare processen.

Welke vereisten moet het fysieke systeem tevreden zijn, zodat de mechanische processen erin gaan om reversibel? Leg uit waarom wrijving en dissipatie van mechanische energie alle processen onomkeerbaar maken.

Geef verschillende formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica. Bewijs de gelijkwaardigheid van Clausius en Thomson's formulering.

Wat betekent het principe van Karateodori in relatie tot het ideale gas? Leg het antwoord uit met -diagram voor het beeld van zijn status.

Laat zien dat de fysieke betekenis van de tweede wet van de thermodynamica een onafscheidelijke verbinding tot stand brengt tussen de onomrevering van echte processen in de natuur en warmte-uitwisseling.

Word-omstandigheden waarbij de efficiëntie van de thermische motor die werkt op de omkeerbare cyclus dicht bij één zou zijn.

Laat zien dat de CARNO-cyclus het enige omkeerbare cyclische proces is voor de motor die twee thermische tank met vaste temperaturen gebruikt.

Bij het bespreken van de voorwaarden voor het verkrijgen van maximaal werk, wordt de atmosferische druk op de zuiger niet in aanmerking genomen. Hoe u deze druk kunt registreren, heeft invloed op de bovenstaande redenering en het gevolg van?

Het gas in de cilinder, gesloten door de zuiger, heeft dezelfde temperatuur als de omringende lucht, maar hogere (of lagere) druk dan de druk in de atmosfeer. Welke processen moeten met gas worden uitgevoerd om het maximale nuttige werk te krijgen vanwege het systeem niet-evenwicht? Beeld deze processen op het EDIGRAM, en tellen het gas in de cilinder perfect.

Gas in de cilinder, gesloten zuiger, heeft dezelfde druk als de omringende lucht, maar een hogere (of lagere) temperatuur. Welke processen moeten met gas worden uitgevoerd om het maximale nuttige werk te krijgen vanwege het systeem niet-evenwicht? Stel ze voor op -diagram.

Overweeg twee verschillende schema's van dynamische verwarming, waarin de warmte-machine de warmte of een omgeving of verwarmde kamer geeft. Laat zien dat in het geval dat alle processen omkeerbaar zijn, beide schema's dezelfde efficiëntie hebben. Welk schema zal efficiënter zijn in het echte systeem wanneer processen niet volledig omkeerbaar kunnen worden beschouwd?

Er zijn verschillende formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica, waarvan de auteurs de Duitse natuurkundige zijn, een monteur en wiskundige Rudolf Clausius en de Britse natuurkundige en de monteur William Thomson, Lord Kelvin. Extern verschillen ze, maar hun essentie is hetzelfde.

Standula Clausius

Rudolf Julius Emmanuel Clausius

De tweede wet van de thermodynamica, als de eerste, leidde ook door een ervaren manier. De auteur van de eerste formulering van de tweede wet van de thermodynamica is de Duitse natuurkundige, een monteur en wiskundige Rudolf Clausius.

« Heat zelf kan niet van het lichaam van verkouden worden naar het lichaam van heet " Deze verklaring die Clazius heette " thermisch axioom"Werd in 1850 geformuleerd in het werk" op de drijvende kracht van warmte en over de wetten die hier kunnen worden verkregen voor de theorie van warmte. ""Verschillende zelf wordt alleen uit het lichaam doorgegeven met een hogere temperatuur naar het lichaam met een kleinere temperatuur. In de tegenovergestelde richting is de spontane warmteoverdracht onmogelijk. " Dit is de betekenis postula Clausius het bepalen van de essentie van de tweede wet van de thermodynamica.

Omkeerbare en onomkeerbare processen

De eerste wet van de thermodynamica toont een kwantitatieve verbinding tussen de warmte verkregen door het systeem, de wijziging in haar interne energie en het werk dat door het systeem is geproduceerd via de externe instanties. Maar hij beschouwt niet de richting van warmteoverdracht. En er kan worden aangenomen dat de hitte kan worden overgedragen van zowel de hete lichamen tot de kou en omgekeerd. Ondertussen is het in werkelijkheid niet. Als er twee lichamen in contact zijn, wordt warmte altijd verzonden vanuit een verwarmd lichaam tot minder verwarmd. En dit proces is te wijten aan zichzelf. Tegelijkertijd, in de uitwendige instanties rond de contactlichamen, ontstaan \u200b\u200bgeen veranderingen. Zo'n proces dat optreedt zonder het werk van buitenaf te voeren (zonder interferentie van externe krachten) wordt genoemd spontaan . Hij kan zijn omkeerbaar en onomkeerbaar.

Spontaan gekoeld, zendt het hete lichaam de warmte ervan rond met koudere lichamen. En nooit voor zichzelf, het koude lichaam zal niet heet zijn. Het thermodynamische systeem kan in dit geval niet terugkeren naar de oorspronkelijke staat. Zo'n proces wordt genoemd onomkeerbaar . Onomkeerbare processen gaan alleen in één richting door. Bijna alle spontane processen van aard zijn onomkeerbaar als onomkeerbaar tijd.

Omkeerbaar een thermodynamisch proces wordt genoemd, waarin het systeem van de ene toestand naar het andere beweegt, maar kan terugkeren naar de oorspronkelijke staat, die in omgekeerde volgorde wordt doorgegeven via tussenliggende evenwichtstoestanden. In dit geval worden alle systeemparameters hersteld naar de initiële toestand. Omkeerbare processen geven de grootste taak. In werkelijkheid kunnen ze echter niet worden geïmplementeerd, ze kunnen alleen worden benaderd, omdat ze eindeloos langzaam doorgaan. In de praktijk bestaat dit proces uit continue opeenvolgende evenwichtstoestanden en wordt genoemd quasistatisch. Alle quasistatische processen zijn omkeerbaar.

Het postulaat van Tomson (Kelvin)

Willm Thomson, Lord Kelvin

De belangrijkste taak van thermodynamica verkrijgt de hoogste hoeveelheid werk door warmte. Werk kan eenvoudig volledig in de warmte veranderen zonder enige compensatie, bijvoorbeeld door wrijving. Maar het omgekeerde proces van het draaien van de warmte in gebruik is niet volledig en onmogelijk zonder extra energie van buitenaf te verkrijgen.

Er moet worden gezegd dat de overdracht van warmte van een kouder lichaam tot een sprong mogelijk is. Zo'n proces treedt op, bijvoorbeeld in onze huiskoelkast. Maar het kan niet spontaan zijn. Om het te stromen, de aanwezigheid van een compressor, die dergelijke lucht zal verstikken. Dat wil zeggen, voor het omgekeerde proces (koeling) vereist een energievoorziening van buitenaf. " Niet in staat om warmte van het lichaam te overgaan met een lagere temperatuur zonder compensatie ».

In 1851 gaf een andere formulering van de tweede wet een Britse natuurkundige en de monteur William Thomson, Lord Kelvin. Het postulaat van Tomson (Kelvin) zegt: "Er is geen cirkelvormig proces, waarvan het enige resultaat zou zijn de productie van werk als gevolg van de koeling van het warmtereservoir" . Dat wil zeggen, het is onmogelijk om een \u200b\u200bcyclisch opererende motor te creëren, waardoor er een positief werk zou zijn vanwege de interactie met slechts één warmtebron. Immers, als het mogelijk was, zou een thermische motor kunnen werken met behulp van, bijvoorbeeld, de energie van de wereld oceaan en het volledig in mechanisch werk draaien. Dientengevolge zou de koeling van de oceaan optreden als gevolg van de vermindering van energie. Maar zodra de temperatuur onder de omgevingstemperatuur zou liggen, moet het proces van spontane warmteoverdracht van een kouder lichaam naar meer hete optreden. En een dergelijk proces is onmogelijk. Daarom zijn voor de werking van de warmtemotor ten minste twee warmtebronnen die verschillende temperaturen hebben noodzakelijk.

Eeuwige motor van de tweede soort

In thermische motoren verandert de warmte alleen in nuttig werk bij het verplaatsen van het verwarmde lichaam naar de kou. Om voor een dergelijke motor te werken, creëert het het temperatuurverschil tussen de warmteoverdracht (verwarming) en de warmteovergang (koelkast). De kachel verzendt warmte naar de werknemer (bijvoorbeeld gas). De werkvloeistof breidt uit en maakt een baan. Tegelijkertijd verandert niet alle warmte in gebruik. Een deel ervan wordt doorgegeven aan de koelkast en onderdeel, bijvoorbeeld, gaat eenvoudigweg in de atmosfeer. Om de werkvloeistofparameters op de initiële waarden te retourneren en de cyclus te starten, is eerst de werkfluïdum vereist om te verwarmen, dat wil zeggen, vanuit de koelkast, het is noodzakelijk om warmte te nemen en deze naar de kachel over te brengen. Dit betekent dat u warmte van het koude lichaam naar een meer warme moet overdragen. En als dit proces kan worden uitgevoerd zonder een toevoer van energie van buitenaf, zouden we de eeuwige motor van de tweede soort krijgen. Maar aangezien het, volgens de tweede wet van de thermodynamica, is het onmogelijk om dit te doen, het is onmogelijk en de eeuwige motor van de tweede soort, die de warmte volledig zou draaien om volledig te werken.

Equivalente formulering van de tweede wet van de thermodynamica:

Het proces is onmogelijk, waarvan het enige resultaat is van de transformatie van de volledige hoeveelheid warmte die het systeem wordt verkregen.
Het is onmogelijk om een \u200b\u200beeuwige motor van de tweede soort te creëren.

Het principe van Carno

Nicolas Leonar Sadi Carlo

Maar als het onmogelijk is om een \u200b\u200beeuwige motor te creëren, kunt u een hittemotorcyclus op zodanige wijze organiseren dat de efficiëntie (efficiëntie) maximaal was.

In 1824 formuleerden lang voordat Clausius en Thomson hun postulaten, die de definities gaf van de tweede wet van de thermodynamica, Franse natuurkundige en wiskundige Nicolas Leonar Sadi Karno publiceerde zijn werk "Reflecties op de drijvende kracht van brand en de machines die deze kracht kunnen ontwikkelen." In de thermodynamica wordt het beschouwd als fundamenteel. De wetenschapper maakte een analyse van de stoommachines die op het moment bestonden, waarvan de efficiëntie slechts 2% was en beschreef het werk van de perfecte warmte-machine.

In de watermotor maakt water een baan, valt met een hoogte van beneden. Met analogie suggereerde Karo dat de warmte kan werken, die van een hete lichaam naar een kouder bewegen. Dit betekent dat omde warmte-machine werkte, het zou 2 warmtebronnen moeten hebben met verschillende temperaturen. Deze verklaring wordt genoemd principe van Carno . En de cyclus van de warmte-machine, gemaakt door de wetenschapper, werd genoemd croan-cyclus .

Carno kwam met de perfecte warmte-machine die zou kunnen optreden maximaal mogelijk werk Vanwege de verstrekte warmte.

De warmte-machine beschreven door CARNO bestaat uit een verwarmer met een temperatuur T N. , Werklichaam en koelkast met temperatuur T. H. .

De CARNO-cyclus is een cirkelvormig omkeerbaar proces en omvat 4 fasen - 2 isotherm en 2 adiabatisch.

De eerste fase a → b isothermisch. Het passeert op dezelfde temperatuur van de kachel en de werkvloeistof. T N. . Tijdens het contact, de hoeveelheid warmte V. H. Het wordt uit de verwarmer verzonden naar de werkfluorescentie (gas in de cilinder). Gas is irregreerbaar en het uitvoeren van mechanisch werk.

Om het proces om cyclisch (continu) (continu) te zijn, moet gas worden teruggestuurd naar de oorspronkelijke parameters.

In de tweede fase van de cyclus B → in het werklichaam en de kachel zijn gescheiden. Gas blijft adiabatisch uitbreiden, zonder warmte met het milieu uit te wisselen. In dit geval wordt de temperatuur gereduceerd tot de temperatuur van de koelkast. T. H. En hij blijft werken.

In de derde fase in → g, werkende vloeistof, met een temperatuur T. H. is in contact met de koelkast. Onder de werking van externe sterkte is het isothermen gecomprimeerd en geeft het de warmte van de omvang Vraag H. Koelkast. Werk wordt erboven uitgevoerd.

In de vierde fase van R → en het werklichaam wordt losgekoppeld met de koelkast. Onder de actie van externe sterkte is het adiabatisch gecomprimeerd. Werk wordt erboven uitgevoerd. De temperatuur wordt gelijk aan de temperatuur van de kachel T N. .

Het werkorgaan keert terug naar de eerste toestand. Het cirkelvormige proces eindigt. De nieuwe cyclus begint.

De efficiëntie van de lichaamsmachine die werkt op de CARNO-cyclus is:

De efficiëntie van een dergelijke machine is niet afhankelijk van zijn inrichting. Het hangt alleen af \u200b\u200bvan het verschil in de temperaturen van de kachel en de koelkast. En als de temperatuur van de koelkast gelijk is aan de absolute nul, dan is de efficiëntie 100%. Tot nu toe zou niemand iets beters kunnen bedenken.

Helaas is het in de praktijk onmogelijk om zo'n auto te bouwen. Echte omkeerbare thermodynamische processen kunnen alleen ideaal aanpassen met een nauwkeurigheid. Bovendien zijn thermische verliezen altijd in de echte warmte-machine. Daarom zal de efficiëntie lager zijn dan de efficiëntie van de ideale thermische motor die werkt op de CARNO-cyclus.

Op basis van de CARNO-cyclus zijn verschillende technische apparaten gebouwd.

Als de CARNO-cyclus integendeel is, dan zal de koelmachine zijn. Immers, het werklichaam neemt eerst de warmte van de koelkast, en wordt vervolgens in een warmte van werk uitgegeven aan het maken van een cyclus en geef dan de warmteverwarming. Zo'n principe werkkoelkasten.

De achtercyclus van de CARNO ligt ook in het hart van warmtepompen. Dergelijke pompen dragen energie over van lage-temperatuurbronnen naar de consument met een hogere temperatuur. Maar in tegenstelling tot de koelkast, waarin de geselecteerde warmte wordt uitgeworpen aan de omgeving, wordt in de warmtepomp aan de consument verzonden.

De basis van thermodynamica vormt de fundamentele wetgeving van de natuur, geformuleerd op basis van het generaliseren van de resultaten van vele ervaren onderzoek en ontdekkingen. Van deze wetgeving aangenomen voor axioma's; De logische manier ontving alle belangrijke gevolgen met betrekking tot verschillende thermodynamische systemen die worden aangeduid als een L en M en of de thermodynamica.

1.2.1. De eerste wet van de thermodynamica

Absoluut in zijn essentie, een van de meest voorkomende natuurwetten - de wet van het behoud en het draaien van energie. Volgens deze wet blijft de energie van een gesloten systeem in alle processen die zich voordoen in het systeem ongewijzigd. Tegelijkertijd kan de energie alleen van de ene vorm naar de andere worden.

Eerste De wet van de thermodynamica is een speciaal geval van deze universele wet en vertegenwoordigt zijn toepassing op processen in thermodynamische systemen. Het bepaalt de mogelijkheid om verschillende vormen van energie naar elkaar te converteren en bepaalt waarin kwantitatieve relaties deze wederzijdse transformaties worden uitgevoerd.

De verandering in de energie van een willekeurig ongeïsoleerd systeem kan alleen in het algemeen optreden als gevolg van twee vormen van energie-uitwisseling - warmte en werk:

∆E. = V. – L. , (1.12)

waar δ. E. - Verandering in de energie van het systeem;

V. - Warmte die aan het systeem wordt geleverd;

L. - Werk uitgevoerd over het systeem.

Volgens vergelijking (1.12) is de verandering in de energie van het thermodynamische systeem mogelijk vanwege de gecoate warmte en het werk dat op het systeem wordt uitgevoerd.

Vergelijking (1.12) is een algemene analytische uitdrukking van de eerste wet van de thermodynamica. Express het via de systeemstatusparameters. Energie-verandering δ. E. we komen van de uitdrukking (1.7):

∆E. = ∆ IK. + m. ( ).

Voor een thermodynamisch systeem, waarin het verschil in kinetische energie kan worden verwaarloosd, zal de verandering in de energie van het systeem gelijk zijn aan de verandering in enthalpie, d.w.z. Δ. E. = ∆ IK.. Dan, in rekening brengen van uitdrukkingen (1.11) en (1.12), verkrijgen we de vergelijking van het eerste wet van de thermodynamica in de vorm van:

V. = ∆IK. + L. die (1.13)

De aan het systeem geleverde warmte is om de enthalpie van het systeem te wijzigen en een systeem van technisch werk uit te voeren.

Vervang in vergelijking (1.13) verandering van enthalpie δ IK. Verandering in interne energie D U. En, met behulp van de uitdrukking (1. 6), krijgen we:

V. = ∆ U. + L Rash. (1.14)

Vergelijkingen (1.13) en (1.14) zijn een integrale vorm van het opnemen van de eerste wet van de thermodynamica.

Uit de expressie (1.13) volgt dat technisch werk kan worden uitgevoerd door het thermodynamische systeem door enthalpie en de verwarmde warmte te verminderen. Als het proces cirkelvormig is, dan Δ IK. \u003d 0, daarom, in permanente machines (in hen, de veranderingsprocessen in de staat van cirkel) om technisch werk met een vereiste te verkrijgen om warmte samen te vatten.

Soortgelijke argumenten kunnen worden uitgevoerd door vergelijking (1.14).

Het thermodynamische systeem kan alleen het werk van uitbreiding uitvoeren door zijn interne energie te verminderen of vanwege de verwarmde warmte. Als de interne energie van het systeem niet verandert als gevolg van het proces (bijvoorbeeld, verandert de temperatuur niet in het systeem), dan gaat alle warmte die door de omgeving uit het milieu wordt verkregen:

V. = L. uitslag.

Deze uitdrukking maakt de volgende formuleringen van de eerste wet van de thermodynamica mogelijk.

Met de onveranderde interne energie van het warmtesysteem en het werk is equivalent.

De eeuwigdurende motor van de eerste soort is onmogelijk.

Er werd aangenomen dat de eeuwigdurende motor van de eerste soort alleen in het milieu zou moeten werken, die er niets van heeft ontvangen.

Bijgewerkte massasystemen zijn overwogen. Voor analyse is het handiger om de waarden in de massa-eenheid van de substantie te gebruiken. We schrijven vergelijkingen (1.13) en (1.14) voor 1 kg massa:

v. = ∆ iK. + l. die ; (1.15)

v. = ∆ u. + l. rassen (1.16)

Gebruik van uitdrukkingen (1.9) en (1.11), schrijf de verkregen vergelijkingen in het differentiële formulier:

dQ. = di - vDP. (1.17)

dQ.= du + pdv (1.18)

Vergelijkingen (1.17) en (1.18) zijn een soort wiskundige opname van het eerste wet van de thermodynamica in differentiële vorm ..

De waarde van de eerste wet:

ten eerste vormt het het principe van de inrichting van thermische energiecentrales en -systemen;

ten tweede verklaart hij de fysieke essentie van de processen die zich voordoen in thermische machines;

ten derde wordt het gebruikt in de berekeningen van thermodynamische processen en stelt u in staat om de energiebalans van thermische machines te schatten.

1.2.2. De tweede wet van de thermodynamica

Het eerste wet van de thermodynamica, dat een specifiek geval is van de wet van behoud en omzetting van energie, beschouwt alleen de kwantitatieve kant, die bestaat uit het feit dat, met een bekende verandering in de energie van het systeem, de verhouding tussen warmte en werk is strikt absoluut. Deze wet legt geen aanwijzingen en volledigheid van de overdracht van energie tussen instanties vast, bepaalt niet de voorwaarden waaronder de warmtetransformatie mogelijk is om te werken, maakt geen onderscheid tussen hun directe en inverse transformaties. Als we alleen doorgaan bij de eerste wet van de thermodynamica, is het meteen weg dat elk denkbaar proces dat de wet van het behoud van energie niet tegenspreekt, het fundamenteel mogelijk is en in de natuur kan gebeuren. Het antwoord op de uitgevoerde vragen geeft tweede De wet van de thermodynamica, die een reeks bepalingen vertegenwoordigt die de ervaren gegevens over de kwalitatieve kant van de wet van het behoud samenvatten en de energie draaien.

De diversiteit van de eigenaardigheden van de wederzijdse transformatie van warmte en werk, evenals verschillende aspecten waarin deze transformaties worden overwogen, verklaren de aanwezigheid van verschillende, in feite equivalent, formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica.

De belangrijkste bepalingen van deze wet werden uitgedrukt door de Franse Engineer S. Karno (1824). CARNO kwam tot de conclusie dat er twee warmtebronnen met verschillende temperaturen nodig zijn om warmte in gebruik te nemen. De naam van de "tweede wet van de thermodynamica" en historisch gezien zijn eerste formulering (1850) behoort tot de Duitse natuurkunde R. Clausius:

"De hitte kan alleen vanzelf van de hete lichamen naar de kou bewegen; Voor de omgekeerde transitie moet u het werk doorbrengen ",

Uit deze bewering volgt dat voor de overgang van warmte van het lichaam met een kleinere temperatuur naar het lichaam met een grotere temperatuur, het noodzakelijk is om een \u200b\u200benergie te leveren van een externe bron in welke vorm dan ook, bijvoorbeeld in de vorm van werk. In tegenstelling hiermee gaat de warmte van het lichaam met een grotere temperatuur spontaan, zonder de kosten van alle soorten energie, naar lichamen met een kleinere temperatuur. Dit betekent in het bijzonder dat warmte-uitwisseling met het uiteindelijke temperatuurverschil een strikt unilateraal, onomkeerbaar proces is en het is gericht op de lichamen met een kleinere temperatuur.

De tweede wet van de thermodynamica ligt ten grondslag aan de theorie van thermische motoren. De thermische motor is een continu actief apparaat, waarvan het resultaat is van de transformatie van warmte in gebruik. Dus, om een \u200b\u200bthermische motor te creëren, is het continu producerend werk, het is noodzakelijk, in de eerste plaats, om een \u200b\u200blichaam te hebben dat de energieleverancier is in de vorm van warmte. Laten we hem bellen en met T over H en K over m t e p l o t s .

Noodzakelijk de aanwezigheid van een ander lichaam dat van de eerste waarneemt

e.
in de buurt van de vorm van warmte, maar geeft het in de vorm van werk. Dit is de zogenaamde R en B che e e t e l over. Haar rol voert elk elastisch medium (gas, stoom) uit. De warmtevoorziening en de transformatie van het aan het werk gaat gepaard met een verandering in de status van het werkvloeistof. In FIG. 1.6 Laat ons deze wijziging tonen in de voorwaardelijk curve van het proces 1-A-2. Hier worden de statusparameters gewijzigd en bovenal het volume van het werkvloeistof, dat leidt tot de uitvoering van de uitbreiding. Voor continue werking is het werkinstallatie vereist om terug te keren naar de initiële toestand volgens het 2-B-1-proces. Op deze manier

Fig. 1.6 Voor continue transformatie van warmte in werking is het noodzakelijk om deze gesloten aan R voortdurend uit te voeren c e met s of c en tot l.

Een cirkelvormig proces, of een cyclus, wordt een combinatie van thermodynamische processen genoemd, als gevolg van de implementatie waarvan het werkorgaan terugkeert naar de oorspronkelijke staat.

Om de cyclus te sluiten, moet u in dit geval een aantal energie doorbrengen in de vorm van compressie. Dit compressiewerkzaamheden moeten worden gecompenseerd door verwijdering van de werkvloeistof die het door de hoeveelheid warmte gelijk is. Daarom is het noodzakelijk een derde lichaam dat deze vergoeding waarneemt. Laten we het noemen t E P L O N E M en K ongeveer m. Zodat de warmteontvanger wat warmte zag, moet de temperatuur lager zijn dan de temperatuur van de warmtebron.

Als gevolg van de 1-A-2-B-1-cyclus die op deze manier is gemaakt, getoond in FIG. 1.6, slechts een deel van warmte V. 1, verkregen door het werklichaam van de warmtebron, wordt omgevormd tot het werk, het andere deel van deze hitte V. 2 wordt noodzakelijk aan de warmtebehandeling gegeven.

Begin van de vorm

In de beschouwde regeling van een continu actieve thermische motor is hetzelfde werklichaam constant betrokken bij het cirkelvormige proces. In de cycli van echte motoren wordt de werkstof periodiek bijgewerkt, d.w.z. Vervangt een gelijk aantal "verse" stoffen. Vanuit een thermodynamisch oogpunt kan de vervanging van de werkstof als een hermontage van de werkvloeistof in de oorspronkelijke staat worden beschouwd.

Einde van de vorm

Dus voor continue transformatie van warmte in werking, hebben we nodig: warmtebron; Werklichaam en warmteovergang met een lagere temperatuur dan warmtebron. Het verwijderen van een deel van de warmte in de warmteontvanger is een vereiste voor het functioneren van thermische motoren. Deze voorwaarde is uiteengezet in de volgende formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica:

"Het is onmogelijk om een \u200b\u200bperiodiek bedieningsmachine te bouwen die niets anders produceert, behalve het werk en de koeling van de warmtebron" (V. Thomson).

"Alle natuurlijke processen zijn een overgang van minder kans tot meer waarschijnlijke staten" (L. Boltzman).

"De implementatie van de eeuwige motor van de tweede soort is onmogelijk"

(V. Oswald).

Door de "Eeuwige" motor van de tweede soort wordt door een dergelijke thermische motor bedoeld die continu gebruik kan maken, die één warmtebron heeft. Uit de tweede wet van de thermodynamica volgt dat, ongeacht de omvang van de thermische energie, noch het systeem bezat, met de gelijkheid van de temperatuur van de instanties van het systeem, deze energie kan niet worden omgezet in gebruik. Om deze reden bleken de pogingen van duizenden uitvinders van de "Eternal" -motoren vruchteloos te zijn om expansiewerkzaamheden uit te voeren.

De verdeling van de energie verkregen uit de warmtebron in thermische motoren wordt schematisch getoond in FIG. 1.7. Handige werkzaamheden uitgevoerd door 1 kg werkende lichaamsmassa per cyclus, gelijk aan het verschil in expansiewerk l. Rasha en compressie l. Szh, d.w.z.

l. c. = l. uitslag - l. szh. (1.19)

Kwantitatieve verbinding tussen warmte en werk voor 1 kg werkvloeistof in de expansieprocessen 1-A-2 en compressie 2-B-1

(Zie Afb. 1.6) op basis van de eerste wet van de thermodynamica door vergelijkingen te installeren:

v. 1 = ∆ u. 1- eEN. 2 + l. uitslag en v. 2 = ∆ u. 2-B-1 + l. c. j. ,

wanneer Q1 de hoeveelheid warmte is die wordt geleverd aan 1 kg van het werkvloeistof van de warmtebron;

q 2 - De hoeveelheid warmte die is toegewezen

1 kg werkvloeistof voor warmtebehandeling;

ΔU 1- A -2 en ΔU 2-B-1 - Verandering in

iT-energieën zijn 1 kg werkvloeistof in de procedure. 1.7

1-A-2 en 2-B-1, respectievelijk.

Sommeren de tweede vergelijking vanaf de eerste en krijg:

v. 1 – v. 2 = ∆ u. 1-A-2-B-1 + (l. uitslag – l. szh. ).

Omdat de werkvloeistof terugkeert naar de oorspronkelijke staat, zal de verandering in de interne energie per cyclus nul zijn, d.w.z. ΔU 1-A-2-B-1 \u003d 0. Als gevolg hiervan, rekening houdend met de expressie (1.19), verkrijgen we:

l. C. = v. 1 – v. 2 (1.20)

Van (1,20) Hieruit volgt dat de werking van de cyclus alleen wordt uitgevoerd door warmte en ten tweede is de werking van de cyclus gelijk aan de warmte, ondergeschikt aan de warmtebron, minus de warmte die is vrijgegeven aan de warmte behandeling.

Het aandeel van de gebruikte gebruikte warmte wordt geschat door de T E R en C E C k en M.

De efficiëntie van de cyclus, die is aangegeven η t.

Onder thermische efficiëntie, de verhouding van warmte, converteren

badkamer in de bruikbare werking van de cyclus, naar alle verwarmde hitte:

η t. =
of η t. = 1 - . (1.21)

Uit deze uitdrukkingen volgt dat hoe kleiner de warmte wordt overgedragen aan de warmtebehandeling, hoe groter de waarde η t. Dit betekent dat er een vollediger transformatie van warmte in gebruik is.

Vanwege de noodzaak om een \u200b\u200bdeel van de energie in de vorm van warmte te verzenden naar een warmtebehandeling met thermische efficiëntie van elke cyclus kan niet gelijk zijn aan één.

Aldus vestigt de tweede wet van de thermodynamica de volledigheid van de transformatie van warmte in gebruik.

Bovendien duidt het aan een kwalitatief verschil tussen warmte en werk. Als het werk volledig in warmte kan worden getransformeerd, wordt de warmte nooit volledig omgezet in werk.

Een unieke wetenschappelijke prestatie was de uitdrukking van dit kwalitatieve verschil in de kwantitatieve waarde - e n t r o p en e .

1.2.3. Entropie. Wiskundige uitdrukking van de tweede wet

thermodynamica.

“Entropie"Vertaald uit het Grieks betekent" draai "of" transformatie ". Aanvankelijk werd het concept van entropie formeel in de wetenschap geïntroduceerd. R. Clausius (1854) bleek dat er een bepaalde functie is voor het thermodynamische systeem S. wiens increment wordt bepaald door de uitdrukking

(1.22)

Hij noemde deze functie entropie. Later, bij het overwegen van een groot aantal taken, werd de fysieke inhoud van entropie onthuld.

Aangezien entropie niet vatbaar is voor een eenvoudige intuïtieve weergave, zullen we proberen de betekenis ervan te verduidelijken door te vergelijken met vergelijkbare hoeveelheden die toegankelijker zijn voor ons begrip. We schrijven de uitdrukking van de expansie in differentiële vorm:

dl uitslag = p. dV.

Hier druk p. is de waarde vereist maar niet voldoendewerken. Het veranderen van het volume leidt tot uitbreiding. Het volume in de gegeven vergelijking voert het pand uit voldoendeparameter. Het is dus mogelijk om te oordelen dat het werk van uitbreiding of compressie alleen mogelijk is door veranderingen in het volume.

Schrijf nu de uitdrukking (1.22) in het formulier:

dQ. = T. dS..

Hier is de temperatuur de omvang vereistmaar nog steeds niet. voldoendeom te praten over de vraag of warmte wordt geleverd aan het systeem of het is toegewezen. Dus in het adiabatische proces wisselt het systeem geen warmte uit met het milieu en varieert de temperatuur aanzienlijk. Eén parameter blijft een eigendom toereikendheidEn deze parameter is entropie. Alleen op de verandering in entropie kan worden beoordeeld op het warmte-uitwisselingssysteem met de omgeving. Vanaf hier

Entropie is een calorische parameter van de state of thermodynamica

systeem karakterisering van de richting van de processtroom

warmte-uitwisseling tussen het systeem en de externe omgeving.

Er kan worden gezegd dat entropie de enige fysieke waarde is, de verandering waarin in het proces uniek de aanwezigheid van energie-uitwisseling in de vorm van warmte aangeeft.

De expressie (1,22) vestigt zowel hoge kwaliteit als kwantitatieve communicatie tussen de warmte en entropie: als de entropie van het lichaam of het systeem verandert, wordt de energie in de vorm van warmte in dezelfde zaak gewijzigd; Als entropie ongewijzigd is, gaat het proces verder zonder energie-uitwisseling in de vorm van warmte. Gelijkheid (1.22) is een analytische expressie van de tweede wet van de thermodynamica voor een elementair evenwichtsproces.

De expressie (1,22) maakt het mogelijk om een \u200b\u200bentropie-eenheid tot stand te brengen die gelijk is aan J / K.

De absolute waarde van entropie wordt bepaald tot een zekere constante S. 0 . Numerieke waarde van constant S. 0 Gebaseerd op de eerste en tweede wetten van de thermodynamica, kan het niet worden bepaald. Dit legt echter geen beperkingen op in het gebruik van entropie in de berekeningen. In de praktijk is de belangstelling in de regel niet de absolute waarde van entropie, maar de verandering waarvoor de numerieke waarde van constant is S. 0 Speciale rol speelt niet. Daarom is het vaak mogelijk om een \u200b\u200bwillekeurige waarde te geven voor de voorwaardelijk geadopteerde, zogenaamde met de toestand van het lichaam. Als dit een standaardstaat is om het initiële en attribuut aan te nemen, de waarde van entropie S. 0 , vervolgens om entropie in een staat te berekenen maar Er zal een uitdrukking zijn:

De waarde van entropie wordt aangeduid door s. = S. / m. c-eenheid metingen van J / (kg × K).

Expressie (1.22), opgenomen door de gegeven waarden, zal kijken naar:

. (1.23)

Entropie, als een calorische parameter, heeft een aantal eigenschappen.

1. Entropie is een eenduidige functie voor systeemstatus.

2. Entropie, zoals interne energie, is een additieve waarde.

3. Voor omkeerbare en onomkeerbare processen in thermodynamische zus

themawijziging in entropie wordt bepaald door de vergelijking:

, (1.24)

waarin het gelijkheidsteken betrekking heeft op reversibele processen, een teken van het isolaat - om onomkeerbaar te zijn.

Vanuit uitdrukkingen (1.24) volgt dat de entropie van een geïsoleerd systeem ongewijzigd of toeneemt, maar niet te verminderen.

1.2.4. Ecergia

De introductie van het concept 'Entropy' geeft u de mogelijkheid om het kwalitatieve verschil tussen de warmte en het werk te kwantificeren. Voor een systeem met een gewicht van 1 kg, verkrijgen we vergelijkingen die de analytische uitdrukkingen van de eerste en tweede wetten van de thermodynamica combineren. Dus, van uitdrukkingen (1.23) en (1.19) volgt:

dS. =
. (1.25)

Van de gelijkheden (1.23) en (1.18) krijgen we:

dS. =
. (1.26)

Vergelijkingen in vorm (1,25) en (1.26) verwijzen naar de T E R M O D en N en M en ik en t o g d e s t en m en. Met hun hulp stelt de thermodynamica een aantal kenmerken van systemen vast, de banden tussen fysieke hoeveelheden in de processen zijn volledig onthuld.

Met behulp van vergelijking (1.25), stel het hoogst mogelijke aantal technische werk in dat dit thermodynamische systeem in een bepaalde initiële toestand kan uitvoeren, indien alle processen die door het systeem worden uitgevoerd omkeerbaar en uitgevoerd naar het eindstatus-evenwicht met de omgeving.

In de thermodynamica wordt het maximaal mogelijke technische werk van het systeem e k s e r en e genoemd .

Duidt het oefeningssysteem aan E. x. . Voor de eenheid van exargia in Si heeft Joule geadopteerd. Zijn waarde (e. x. \u003d E. x. / m.) Het heeft een maateenheid van J / kg.

In een gesloten thermodynamisch systeem bij het converteren van warmte om te werken aan een CARNO-cyclus, kunt u nemen e. x. = l. c. . Dan, bij het huilen van warmte van een bron met een temperatuur T. 1 naar het milieu met een temperatuur T. 0 heeft het recht om op te schrijven e. x. = v.· T \u003d. v. (1 - ). We definiëren de voorwaarden waaronder deze transformaties het hoogst mogelijke werk in andere cycli geven.

Laat de eerste toestand van het systeem gekenmerkt door een punt maar, Fig.1.8. In combinatie met het milieu is de aandoening van de afpersing toegewijd aan een evenwicht, aangegeven punt over.Werkwijze a-O. Niet anders dan de overgang van het systeem uit de initiële tot evenwichtstatus. We zullen in gedachten houden dat de omgevingstemperatuur ondanks de interactie met het systeem is, blijft constant en gelijk aan 0. Gebruik van de vergelijking van het eerste wet van de thermodynamica van de vorm (1,15) en FIG. 1.8.

en het vervangen van het technische werk van exargia, krijgen we:

e. x. = v. eEN. - o. +(iK. 0 – iK. maar ). (1.27)

De verandering in enthalpie is niet afhankelijk van de aard van het proces. Daarom, als de initiële en definitieve status van het systeem bekend is, kunt u altijd het verschil bepalen tussen enthalpie. De hoeveelheid warmte is een functieproces a-O. . Voor het bepalen v. eEN. - o. We gebruiken de tweede wet van de thermodynamica. Uiteraard de hoeveelheid warmte die door het milieu wordt verkregen v. cf. gelijk aan de hoeveelheid warmte die door het middelgrote systeem wordt verzonden, v. a-O. .

v. cf. = - v. eEN. - o. (1.28)

De hoeveelheid warmte v. eEN. - o. in verhouding tot het gebied onder de curve van het proces (fig.1.8, pl. s. o. - o.- eEN.- s. eEN.). Het milieu waarneemt warmte in een isothermisch proces wanneer T. = T. o. . De eerste toestand van dit proces wordt gekenmerkt door een punt overen eindig (punt over ′ ) Moet zo'n pl zijn. s. o. - o.- o. " - s. o. / Volgens (1.28) was het gelijk aan de PL. s. o. - o.- eEN.- s. eEN. .

Sinds volgens de tweede wet van de thermodynamica

dQ. cf. = T. o. dS. cf. ,

dan na de integratie van deze uitdrukking uit de staat over te vermelden maar zal hebben:

v. cP. \u003d T. 0 (S. 0" -S. eEN. ) \u003d T. 0 (S. eEN. -S. 0 ) + T. 0 (S. 0 ′ - S. eEN. ). (1.29)

Dan zal rekening worden gehouden met (1.28), de uitdrukking (1.27) wordt vastgelegd:

e. x. = (iK. eEN. – iK. o. ) – T. o. (s. eEN. – s. o. ) – T. o. (s. o. / - s. eEN.). (1.30)

Van vergelijking (1.30), een aantal belangrijke conclusies:

1. In het systeem met omkeerbare processen is de oefening groter dan in hetzelfde systeem met onomkeerbare processen, omdat T. 0 (s. 0/ - s. eEN. ) ≥ 0.

2. Hoe groter de initiële entropie van het systeem s. eEN. , hoe kleiner het werk kan worden gedaan met het constante verschil in enthalpie (iK. eEN. – iK. 0 ). Bijgevolg kenmerkt entropie de energie van het systeem.

- het woins de voorwaarden die nodig zijn voor de wederzijdse transformatie van dergelijke vormen van energie-uitwisseling als warmte en werk;

- vestigt de volledigheid van de transformatie van warmte in gebruik.

1.2.5 Het concept van de derde wet van de thermodynamica

Bij het bestuderen van de eigenschappen van verschillende stoffen onder omstandigheden van lage temperaturen dicht bij absolute nul (T. \u003d 0), een belangrijk patroon wordt gedetecteerd in het gedrag van echte lichamen: In het gebied van absolute nul is de entropie van het lichaam in elke evenwichtsstatus niet afhankelijk van temperatuur, volume en andere parameters die de toestand van het lichaam kenmerken.

Dit resultaat, dat een generalisatie is van een aantal ervaren gegevens en wekt niet rechtstreeks uit de eerste of tweede wetten van de thermodynamica, is de inhoud thermische stelling van Nernst.

Uit de stelling volgt dat in elke voorwaarde - vloeistof of vaste stof, in de vorm van een zuivere substantie of chemische verbinding, er een stof was, de entropie bij T → 0 heeft dezelfde waarde. De constantheid van entropie op T → 0 betekent dat in de regio van absolute zero DQ altijd nul is. Daarom is het onmogelijk om een \u200b\u200babsolute nul te bereiken door het verwijderen van warmte van het lichaam, aangezien bij t → 0 elk van de instanties op elk proces van de staat van de staat de constante waarde van entropie, d.w.z. behoudt Het houdt op om de warmte van het milieu te geven.

V. Nernst, met behulp van een kwantumtheorie M. Planck, concludeerde die lim ΔS T → 0 \u003d 0. (1.31)

Vandaar de formulering van het derde wet van de thermodynamica.

Bij de absolute nultemperatuur, de entropie van alle stoffen in de evenwichtsstatus, ongeacht druk, dichtheid en fasen, beroept u op nul.

Analytische expressie van de derde wet van de thermodynamica is gelijkheid (1.31).

Onomkeerbaar genoemd fysiek procesdie alleen in één specifieke richting kan lekken.

In de tegenovergestelde richting kunnen dergelijke processen alleen doorgaan als een van de koppelingen van een complexer proces.

Onomkeerbaar zijn bijna alle processen die in de natuur voorkomen. Dit komt door het feit dat in een echt proces een deel van de energie wordt gedissipeerd als gevolg van straling, wrijving, enz. Bijvoorbeeld, warmte, zoals u weet, beweegt altijd van een hetere body naar een koeler - dit is het meest typische Voorbeeld van een onomkeerbaar proces (hoewel de omgekeerde overgang de wet van het behoud van energie niet tegenspreekt).

Ook hangend aan de lichte draad, zal de bal (de slinger) nooit spontaan de am-plateadde van zijn oscillaties, integendeel, één in de beweging van een externe kracht, het zal zeker stoppen als gevolg van de weerstand van de lucht en wrijving van de draad over de suspensie. Aldus passeert de mechanische energie die door de slinger wordt gerapporteerd in de interne energie van de chaotische beweging van moleculen (lucht, suspensiemateriaal).

Mathematisch onomkeerbaarheid van mechanische processen wordt uitgedrukt in het feit dat de beweging van de beweging van macroscopische instanties verandert met een verandering in het tijdschema: ze zijn niet invariant wanneer ze worden vervangen t. op de - t.. In dit geval veranderen acceleratie en kracht afhankelijk van afstanden hun tekens niet. Teken bij het vervangen t. op de - t. Veranderingen bij snelheid. Dienovereenkomstig verandert het teken de kracht afhankelijk van de snelheid, de wrijvingskracht. Dat is de reden waarom bij het maken van werk door wrijvingskrachten, de kinetische energie van het lichaam onomkeerbaar in de innerlijke.

De richting van processen in de natuur geeft aan de tweede wet van de thermodynamica.

De tweede wet van de thermodynamica.

De tweede wet van de thermodynamica - een van de basiswetten van de thermodynamica, waarbij de onomkeerbaarheid van echte thermodynamische processen vaststelt.

De tweede wet van de thermodynamica werd geformuleerd als de wet van N. L. S. CARNO in 1824, vervolgens W. Thomson (Kelvin) in 1841 en R. Clausius in 1850. De formulering van de wet is anders, maar equivalent.

Duitse wetenschapper R. Clausius formuleerde de wet als deze: het is onmogelijk om warmte van een kouder systeem te vertalen naar meer warm in de afwezigheid van andere gelijktijdige veranderingen in beide systemen of omringende instanties.Dit betekent dat warmte niet spontaan niet van een kouder lichaam naar meer heet is. principe van Clausius).

Volgens de formulering van Thomson, het proces waarin het werk in warmte verandert zonder andere veranderingen in de staat van het systeem, onomkeerbaar, dwz het is onmogelijk om alle hitte uit het lichaam te transformeren, zonder andere wijzigingen in de Staat van het systeem ( thomson-principe).

Fysieke chemie: abstracte lezingen Berezovchuk en in

5. Processen. De tweede wet van de thermodynamica

De tweede wet van de thermodynamica, in tegenstelling tot het eerste wet van de thermodynamica, bestudeert alle processen die in de natuur doorgaan, en deze processen kunnen als volgt worden geclassificeerd.

Processen zijn spontaan, niet-welvarend, evenwicht, geenquilibriums.

Spontane processen zijn verdeeld in omkeerbaaren onomkeerbaar.De tweede wet van de thermodynamica wordt de wet van het proces van proces in een geïsoleerd systeem (de groei van S) genoemd. Het woord "entropie" is gemaakt in 1865 R. YU. E. Clausius - "Tropez" van Grieks betekent transformatie. In 1909 Professor P. Aerbach riep de koningin van alle functies interne energiemaar S. – schaduwvan deze koningin. Entropie- Maatregel van het onvergetelijke systeem.

Omkeerbare en onomkeerbare processen

Onomkeerbare processenga zonder werkkosten, verloopt spontaan alleen in één richting, dit zijn dergelijke wijzigingen in het systeem in een geïsoleerd systeem wanneer de eigenschappen van het hele systeem worden gewijzigd wanneer ze worden verwerkt. Waaronder:

1) Thermische geleidbaarheid bij het uiteindelijke temperatuurverschil;

2) Uitbreiding van gas bij een laatste drukverschil;

3) Diffusie bij het definitieve concentratiesverschil.

Omkeerbare processenin een geïsoleerd systeem worden dergelijke processen die kunnen worden omgekeerd zonder veranderingen in de eigenschappen van dit systeem.

Omkeerbaar:mechanische processen in het systeem waarbij er geen wrijving (perfecte vloeistof, zijn beweging is, de niet-overweldigende oscillaties van de slinger in vacuo, de ongelukkige elektromagnetische oscillaties en de verspreiding van elektromagnetische golven waar er geen absorptie is) die kan worden teruggebracht naar de oorspronkelijke toestand.

Spontaan- de processen die zelf gaan, ze worden niet aan besteed, ze kunnen het zelf produceren (de beweging van stenen in de bergen, NA beweegt langs het oppervlak met hoge snelheid, omdat waterstof is geselecteerd.).

Non-prospector

Equilibrium is gedeeld door duurzaam, onstabielen onverschillig.

1. Het postulaat van Clausius - kan niet de overgang van warmte zijn van de minder verwarmd tot het meer verwarmde lichaam.

2. Het postulaat van Tomson - de hitte van het koudste lichaam kan niet dienen als een bron van werk.

Carno Theorem - Clausius:alle omkeerbare auto's die een Carno-cyclus uitvoeren waarbij dezelfde verwarmer en dezelfde koelkast betrokken zijn, hebben dezelfde efficiëntie, ongeacht het geslacht van het werklichaam.

Q 1 / t 1 -

Q 2 / t 2 -

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

Dit is de vierde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica als het proces is gesloten, dan

Met een onomkeerbaar proces:

Dit is de zesde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica, of de Clausius-vergelijking, voor omkeerbaar proces is nul, voor een onomkeerbaar proces is het minder dan 0, maar soms kan het groter zijn dan 0.

S \u003d K.ln. W.

Actie, reverse logaritme - potentiatie:

De eerste wet van de thermodynamica wordt bepaald door de constantheid van de functie U.in een geïsoleerd systeem. Zoek een functie die de inhoud van de tweede wet uitdrukt, namelijk de eenzijdige oriëntatie van de processen die zich in een geïsoleerd systeem voordoen. De verandering in de gewenste functie zou voor iedereen moeten hebben, d.w.z. onomkeerbare processen die zich voordoen in geïsoleerde systemen, hetzelfde teken. De tweede wet van de thermodynamica in de bijlage bij niet-overheid onomkeerbare processen moet ongelijkheid worden uitgesproken. Herinner de CARNO-cyclus. Omdat elke cyclus kan worden vervangen door een eindeloos groot aantal oneindig kleine Carno-cycli, dan de uitdrukking:

eerlijk voor elke omkeerbare cyclus. Overweegt op elk elementair gebied van warmte-uitwisseling T.\u003d Const, we vinden dat:

en voor de hele cyclus

Energie Helmholtz ischloor-isothermisch potentieel

F \u003d u - ts

Aantal stuks ( V - ts.) is het eigendom van het systeem; het heet energy Helmholts. Werd geïntroduceerd Helmholz in 1882

dF \u003d DU - TDS - SDT,

U \u003d f + ts,

dF \u003d TDS - PDV - SDT,

F -volledig differentieel.

Verhoogd volume leidt tot het feit dat isotherische potentiële potentiële potentieel afneemt (de "minus" die eerder staat R).Verhoogde temperatuur leidt tot F.afneemt.

?MAAR Gelijk > ?MAAR ongelijk

Q \u003d.?U + a,

A \u003d Q -?U,

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

A \u003d F 1 - F 2 \u003d -?F,

MAAR Gelijk = – ?F -

de fysieke betekenis van isochloor-isothermisch potentieel.

Eliminatie van isochloor-isothermisch potentieel is gelijk aan de maximale werking die het systeem in dit proces wordt geproduceerd; F -het criterium van de richtlijn van het spontane proces in geïsoleerd systeem. Voor spontaan proces: AF T G.< 0.

Voor niet-promotorproces :? F t, v\u003e 0. Voor het evenwichtsproces :? F t, v= 0.

?F v, t? 0.

Isochorean-isothermisch potentieel in spontane processen wordt verminderd en wanneer het zijn minimumwaarde bereikt, treedt de evenwichtstatus op (Fig. 4).

Fig. vier

2 - non-promotioneel proces;

3 - Equilibriumproces.

Isobarisch isothermisch potentieel.

1) G (p, t \u003dconst), Gibbs Energy

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

?Q \u003d DU - PDV + A?

?EEN? \u003d Q - DU - PDV,

?EEN? Max \u003d T (s 2 - S 1) - (U 2 - U 1) - P (V 2 - V 1),

?EEN? Max \u003d (U 1 - TS 1 + PV 1) - (u 2 - TS 2 + PV 2) \u003d G 1 - G 2 \u003d -?G,

U - ts + pv \u003d g,

EEN? Max = – ?G.

De werking van het isoBaro-isothermische proces is gelijk aan de afname van het isoBaro-isothermische potentieel - de fysieke betekenis van deze functie;

2) De functie is een volledig differentieel, een gewaardeerd, eindig, continu.

G \u003d u - ts + pv,

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

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

dG \u003d -SDT + VDP,

Temperatuurverhoging leidt tot het feit dat het isobarische isotherm-potentieel wordt verminderd, sinds eerder S.het is een "minus" -teken. Verhoogde druk leidt tot het feit dat het isobaro-isothermische potentiaalstijging, sinds eerder V.er is een teken "PLUS";

3) G.als een verwerkingscriterium in een geïsoleerd systeem.

Voor spontaan proces: (? G.) P, T.< 0. Для несамопроизвольного процесса: (?G.) P, T.\u003e 0. Voor het evenwichtsproces: (?G) p, t \u003d 0

?G (p, t)? 0.

Het isobaro-isothmale potentieel in spontane processen wordt verminderd en wanneer het zijn minimum bereikt, treedt de toestand van evenwicht op.

Fig. vijf

waar 1 het spontane proces is;

2 - Equilibriumproces;

3 - Non-promotioneel proces.

Werkt op kosten? U.en? H..

Tegenkomende factoren.De enthalpy-factor kenmerkt de kracht van de aantrekkingskracht van moleculen. De entropy-factor kenmerkt het verlangen naar de scheiding van moleculen.

Enthalpie - N.Interne energie - 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.

waar 1 het spontane proces is,

2 - Non-promotioneel proces,

3 - Equilibriumproces

(Dh) p, t? 0,

(Du) s, t? 0.

Gibbs - Helmholtz-vergelijkingen - Maximale werkvergelijkingen.

Hiermee kunt u een verband zetten tussen het maximale werk van het evenwichtsproces en de warmte van het niet-evenwichtsproces

helmholts-vergelijking (vergelijkingsbindfuncties F.en G.

gibbs-vergelijking (vergelijkingsbindfuncties F.en G.met hun temperatuurderivaten).

Clausius-KLAPAIRON-vergelijking

Hiermee kunt u de tweede wet van de thermodynamica toepassen op faseovergangen. Als u de processen berekent waarin alleen expansie wordt uitgevoerd, dan is de wijziging in de interne energie

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 -in evenwichtsomstandigheden.

Stel dat 1 mol van de stof van de eerste fase naar de tweede beweegt.

Ik fase => dG 1 \u003d V 1 DP - S 1 DT.

II-fase => dG 2 \u003d V 2 DP - S 2 DT,in evenwicht dG 2 - DG 1 \u003d0

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

er is geen voorwaardelijk evenwicht,

waar dP / DT -temperatuurdrukcoëfficiënt,

waar ? FP is de hitte van de fase-overgang.

clausius-KLAPAIRON-vergelijking, differentiële vorm van de vergelijking.

De vergelijking vestigt de relatie tussen de hitte van de faseovergang, druk, temperatuur en verandering van het molaire volume.

de empirische vorm van de Clausius-KLAPAIRON-vergelijking.

Fig. 7.

Fig. acht

Clausius-KLAPAIRON-vergelijkingstudies fase-overgangen. Fase-overgangen kunnen het I-geslacht en het geslacht zijn.

I Soort - gekenmerkt door de gelijkheid van de isobaire potentialen en hoppingveranderingen S.en V.

Het geslacht wordt gekenmerkt door de gelijkheid van de isobaire potentialen, de gelijkheid van entropie en de gelijkheid van molaire volumes.

I Soort -? G.= 0, ?S.? 0, ?V.? 0.

II Soort -? G.= 0, ?S.= 0, ?V.= 0.

De algebraïsche som van de verwarmde warmte voor een omkeerbaar circulair proces is nul.

Deze integrand is het differentieel van de ondubbelzinnige functie van de staat. Deze nieuwe functie is geïntroduceerd Clausius in 1865 en genaamd Entropy - S.(van het Grieks. "Transformatie").

Elk systeem in een andere aandoening heeft een volledig gedefinieerde en enige waarde van entropie, net als definitieve en enige betekenis P, v, ten andere eigenschappen.

Dus, entropie wordt uitgedrukt door de vergelijking:

waar S -dit is de functie van staten wier verandering dSV.omkeerbaar isotherme proces van de warmteovergang van warmte in het bedrag V.gelijk aan de warmte van het proces.

Met onafhankelijke variabelen U.(interne energie) kan worden gemarkeerd U. VN I. V.(volume), of R(druk) en N.(Enthalpy). Entropie is een karakteristieke functie. Kenmerkende functies - Systeemstatusfuncties, die elk, bij gebruik van zijn derivaten, maakt het mogelijk om andere thermodynamische eigenschappen van het systeem uitdrukkelijk uit te drukken. We zullen eraan herinneren, in de chemische thermodynamica van hun vijf:

1) Isobaro-isothermisch potentieel (Gibbs Energy) met onafhankelijke variabelen T, R.en het aantal mol van elk van de componenten en.;

2) Isochloor-isothermisch potentieel (Helmholtz-energie) met onafhankelijke variabelen T, v, n i;

3) Interne energie met onafhankelijke variabelen: S, v, n i;

4) Enthalpy met onafhankelijke variabelen: S, p, p i;

5) Entropie met onafhankelijke variabelen N, p, n i. .

In geïsoleerde systemen (U.en V \u003d.const) met onomkeerbare processen, neemt het entropy-systeem toe, dS\u003e0; Met omkeerbaar - verandert niet, dS \u003d.0.

Communicatie entropie met andere thermodynamische parameters

Om een \u200b\u200bspecifieke taak te oplossen die is gekoppeld aan het gebruik van entropie, is het noodzakelijk om de relatie tussen hen en andere thermodynamische parameters vast te stellen. De vergelijking dS \u003d.?Q / T.in combinatie met? Q \u003d du + pdven? Q \u003d DH - VDPgeeft vergelijkingen:

dU \u003d TDS - PDV,

dH \u003d TDS + VDP.

Het herstellen van de vergelijking:

met betrekking tot functionele afhankelijkheid ? (T, v, s) \u003d0, we krijgen

Nu zullen we de afhankelijkheid van entropie op temperatuur van vergelijkingen vinden:

Dit zijn deze afhankelijkheden:

Deze twee vergelijkingen zijn de bijna belangrijkste speciale gevallen van de totale relatie:

TDS \u003d CDT.

Met behulp van verschillende afhankelijkheden kunt u andere vergelijkingen afleiden die de thermodynamische parameters binden.

Spontaan- De processen die zelf gaan, ze besteden geen werk, ze kunnen het zelf produceren (beweging van stenen in de bergen, natrium met hoge snelheid beweegt over het oppervlak, omdat waterstof wordt vrijgegeven), en het kalium letterlijk "springt" op de water.

Non-prospector- processen die niet alleen kunnen gaan, er wordt werk aan besteed.

Equilibrium is verdeeld in duurzaam, onstabiel en onverschillig.

Postulates van de tweede wet van de thermodynamica.

1. Het postulaat van Clausius - "Er kan geen overgang van warmte zijn van de minder verwarmd tot het meer verwarmde lichaam."

2. Het postulaat van Tomson - "De warmte van het koudste lichaam kan niet dienen als een bron van werk."

Caro-Clausius Theorem:"Alle reversibele auto's die een cyclus van Carno uitvoeren met de deelname van dezelfde kachel en dezelfde koelkast hebben dezelfde efficiëntie, ongeacht het soort werklichaam."

Analytische uitingen van de tweede wet van de thermodynamica.

1. Klassieke vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica

waar Q / t -verminderde warmte;

Q 1 / t 1 -de verminderde warmteverwarming;

Q 2 / t 2 -de verminderde warmte van de koelkast;

Q 1 / t 1 \u003d q 2 / t 2 -gelijkheid van de hitte van de kachel en de koelkast. Dit is de tweede vergelijking van thermodynamica.

Als we adiabats verdelen naar veel Carno-cycli, dan krijgen we

Dit is de derde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica voor de oneindig kleine cyclus van Carno.

Als het proces de finale is, dan

Dit is de vierde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica

Als het proces is gesloten, dan

Dit is de vijfde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica voor het omkeerbare proces.

Integraal op een gesloten contour - Clausius-integraal.

Met een onomkeerbaar proces:

de zesde vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica, of de Clausius-vergelijking, voor het reversibele proces is nul, voor een onomkeerbaar proces is het minder dan 0, maar soms kan het groter zijn dan 0.

dit is de zevende vergelijking van de tweede wet van de thermodynamica. De tweede wet van de thermodynamica - de wet van de groei S.

S \u003d K.ln. W.

dit is een Boltzmann-formule,

waar S -entropie is de mate van wanorde-systeem;

k-boltzmann's constante;

W.thermodynamische waarschijnlijkheid van een systeem van macro-stands.

Thermodynamische waarschijnlijkheid- het aantal microstassen van dit systeem, waarmee u dit systeemsysteem kunt implementeren (P, t, v).

Als een W \u003d1, T. S \u003d.0, bij een temperatuur van absolute nul -273 ° C, worden alle soorten bewegingen gestopt.

Thermodynamische waarschijnlijkheid- Dit is het aantal manieren waarop atomen en moleculen kunnen worden gedistribueerd in volume.

Van de medische fysica van het boek Schrijver Podcolzina Vera Aleksandrovna

25. Het tweede begin van de thermodynamica. Entropie Er zijn verschillende formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica: de hitte zelf kan niet van het lichaam bewegen met een kleinere temperatuur naar het lichaam met een grotere temperatuur (Clausius-formulering), of de eeuwigdurende motor is onmogelijk

Van Boek Fysieke Chemie: Lecture Samenvatting door Berezovchuk en in

29. Fysieke processen in biologische membranen Een belangrijk onderdeel van de cel is biologische membranen. Ze accumuleren de kooi uit het milieu, beschermen het tegen schadelijke externe invloeden, controle van het metabolisme tussen de cel en zijn omgeving, draagt \u200b\u200bbij

Van het boek het nieuwste feitenboek. Volume 3 [Physics, Chemistry and Technology. Geschiedenis en archeologie. Miscellanea] Schrijver Kondrashov anatoly pavlovich

3. De eerste wet van de thermodynamica. Calorische coëfficiënten. Communicatie tussen CP- en CV-functies van de formulering van de eerste wet van de thermodynamica.1. De totale energievoorziening in het geïsoleerde systeem blijft constant.2. Verschillende energievormen gaan in strikt equivalent in elkaar

Van het boek Atomic-energie voor militaire doeleinden Schrijver Smith Henry Devolf

2. Elektrodeprocessen elektrodeprocessen - processen met betrekking tot laadoverdracht over de grens tussen de elektrode en de oplossing. Kathodische processen worden geassocieerd met het herstel van moleculen of ionen van de reactantsubstantie, anodisch - met oxidatie van de reagerende substantie en

Van het boek de loop van de geschiedenis van de natuurkunde Schrijver Stepanovich Kudryavtsev Pavel

3. Kathodische en anodische processen in galvanotechniek De belangrijkste processen in galvanotechniek zijn restauratie en achteruitgang. Op Kat - herstel waar Kat een kathode is. Op een daling is een anode. Elektroliz H2O: kathodische reacties De laatste reactie verloopt over

Van de boekenlasergeschiedenis Schrijver Bertolotti Mario

4. Stochastische processen en zelforganiserende systemen Stochastische processen en zelforganiserende systemen zijn het onderwerp van de studie van elektrochemische synergaten. Dergelijke processen komen voor in alle gebieden: de overgang van Laminar naar het turbulente proces,

Van de Eternal Engine Book - vóór en nu. Van Utopia - naar Science, van Science - naar Utopia Schrijver Brodiance Victor Mikhailovich

Lezing Nr. 15. Derde thermodynamische wet het concept van chemische affiniteit. Het is bekend dat veel stoffen gemakkelijk en snel met elkaar reageren, andere stoffen reageren met moeite en anderen reageren niet. Op basis hiervan werd aangenomen dat er tussen stoffen zijn

Uit het boek 4. Kinetics. Warmte. Geluid Schrijver Feynman Richard Phillips

Uit het boek van mechanica van de oudheid tot op de dag van vandaag Schrijver Grigorian Ashot Tigranovich

Cascade en gecombineerde processen 9.32. In alle statistische werkwijzen voor het scheiden van isotopen om een \u200b\u200bstof te verkrijgen die 90% of meer U-235 of deuterium bevat, zijn vele opeenvolgende scheidingsstappen noodzakelijk. Als de stroom continu van de ene fase naar toe gaat

Uit het boek van de auteur

De opkomst en ontwikkeling van thermodynamica. Carno als in de XVIII eeuw. In de natuurkunde (met uitzondering van de mechanica), domineerde het experiment, zodat natuurkundigen werden bepaald als een wetenschap "over alles wat door ervaringen kan worden bekend", dan in de XIX-eeuw. Het beeld begint te veranderen. Experimentele fysica

Uit het boek van de auteur

Het tweede begin van de voortgang van de thermodynamica van warmtetechniek stimuleerde niet alleen de opening van de wet van behoud en draait energie, maar verhuisde ook de theoretische studie van thermische verschijnselen. De basisconcepten zijn gespecificeerd, de axiiomatiek van de theorie van warmte is gemaakt,

Uit het boek van de auteur

De tweede vaste-staatslaser in september 1959 organiseerde de stad de conferentie "Quantum Electronics - Resonant Phenomena", waar, hoewel de laser nog niet is aangemaakt, de meerderheid van de informele discussies geconcentreerd op lasers. Peter nam deel aan deze conferentie

Uit het boek van de auteur

HOOFDSTUK DRIE. Het idee van PPM-2 en de tweede wet van de thermodynamica die de beginselen in alle logische volledigheid en sequentie niet begrijpen, niet alleen in het hoofd van de supbo, maar ook in de gevallen van onzin. N. G.

Uit het boek van de auteur

Hoofdstuk 45 Voorbeelden van thermodynamica § 1. Interne energie§ 2. Toepassingen§ 3. Clausius-vergelijking -Climon§ 1. Interne energie is noodzakelijk om thermodynamica voor het bedrijfsleven te gebruiken, het blijkt dat het een zeer moeilijk en complex onderwerp is. In dit boek zijn we echter niet

Uit het boek van de auteur

IX. Mechanica in Rusland in de tweede helft van de XIX-Early XX