§2.30. Цикл Карно. Максимальный кпд тепловой машины.

На основе II начала Т.Д. Карно вывел теорему:

из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т₁) и холодильников (T₂), наибольшим КПД обладает обратимая машина: при этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых Т₁ и Т₂ равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела.

Обратимый цикл, совершаемый в тепловой машине рабочим телом, вступающим в теплообмен с двумя резервуарами бесконечно большой теплоёмкости (нагревателем и холодильником), может состоять только из двух изотерм (при температурах резервуаров) и двух адиабат. Такой цикл носит название цикла Карно. Цикл Карно по определению обратимый.

При адиабатическом процессе dQ = 0, поэтому и dS = 0, т.е. энтропия остаётся постоянной. Поэтому обратимый адиабатический процесс называется изоадиабатическим.

Т.к.

На рисунке 1-2 (см. рисунок) рабочее тело получает тепло (Q₁)

от нагревателя с температурой Т₁.

Q₁ = T₁(S₂ – S₁)

На участке 3-4 тело отдаёт холодильнику тепло Q₂ с Т₂.

т.к. то имеем

максимальный КПД тепловой машины.

КПД всех обратимых машин одинаков и определятся только температурами нагревателя и холодильника.

КПД любой необратимой машины всегда меньше, чем КПД обратимой машины, работающей в тех же условиях.

Резюме

• энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю ºК.

• 

• 

Л-15

§2.31. Фазовые равновесия и фазовые превращения. Фазы и фазовые превращения.

Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам того же вещества.

Понятие фазы вводится для анализа состояния неоднородных систем. Фазой можно назвать совокупность частей системы, обладающих одинаковым химическим составом, находящимся в одинаковом состоянии и ограниченных поверхностями раздела.

Различают два типа превращений вещества из одной фазы в другую при изменении внешних условий:

фазовые переходы первого (I) и второго (II) рода.

§2.32. Фазовые переходы I рода.

Фазовые переходы I рода характеризуются постоянством температуры, изменением энтропии и объёма.

Основные свойства переходов I рода:

а) поглощение или выделение скрытой теплоты перехода;

б) различие плотностей фаз;

в) скачкообразный характер появления новой фазы;

г) взаимное равновесие фаз в промежуточных состояниях фазового перехода;

д) существование метастабильных состояний типа перегретой жидкости и переохлажденного пара.

К фазовым переходам I рода относятся:

• плавление;

• затвердение расплавов;

• парообразование;

• конденсация;

• сублимация;

• кристаллизация из пара;

• аллотропные превращения кристаллов (превращения с изменением типа кристаллической решетки).

Фазовые переходы I рода сопровождаются поглощением или выделением теплоты (теплота перехода).

§2.33. Фазовые переходы II рода

Фазовый переход II рода не связан с поглощением или выделением теплоты, происходит без теплообмена. В основе фазовых превращений II рода лежит изменение симметрии кристаллической решетки вещества без изменения типа этой решетки. Свойства таких переходов существенно отличны от свойств фазовых переходов I рода.

Он характеризуется постоянством объёма и энтропии, но скачкообразными изменениями теплоёмкости. Согласно Ландау этот переход связан с изменениями симметрии: выше точки перехода система, как правило, обладает более высокой симметрией, чем ниже точкой перехода.

Основные свойства переходов II рода:

• отсутствует скрытая теплота перехода;

• плотности фаз одинаковы;

• перестройка старой фазы в новую происходит постепенно и появление новой фазы не носит скачкообразный характер;

• при однородных распределениях температуры и давления исключены ситуации, когда одни части тела находятся в старой фазе, а другие – в новой;

• не существует состояний с равновесием фаз, фазовые состояния всех частей тела одинаковы;

• отсутствуют метастабильные состояния, в которых при температуре и давлении, соответствующем одной фазе, в течение некоторого времени существует другая фаза, нестабильная в этих условиях.

К фазовым переходам II рода относятся:

• переход ферромагнетика в парамагнитное состояние

выше точки Кюри;

• переход антиферромагнетиков в парамагнитное

состояние (хром, марганец, некоторые редкоземельные

элементы) выше температуры Неля;

• переход от упорядоченного расположения атомов

к разупорядоченному кристаллической решетки

медно-цинкового сплава при повышении температуры.