17. Круговые процессы. Кпд тепловой машины. Кпд теплового двигателя, работающего по обратимому циклу Карно.

Круговой процесс, с которым система из ряда изменений возвращается в исходное состояние. При этом система получает количество теплоты , совершает работу, а когда возвращается в первоначальное состояние, выполняет работу , и получает количество теплоты

Рис

ΔU=0

ΔQ= (1)

A= (2)

ΔU= ΔQ-A (3)

Периодически действует двигатель, совершающий работу полученную из вне тепла –тепловая машина.

Из (3) следует , что не все тепло используется для совершаемой работы, часть должна быть возвращена во внешнюю среду.

η= = =1- ; η<1

Термодинамические циклы сочетают различные процессы:

1. Изотермический, t=const

2. Адиабатический, PV=const

3. Изобефический, P=const

4. Изохорический, V=const

Цикл Карно

Рис

Цикл был рассмотрен Карно в 1824г. , как идеальный цикл теплового двигателя, который совершает работу за счет теплоты, подводимой к работающему телу в изотермическом процессе. Рабочие тело находится в постоянном контакте с двумя резервуарами с температурой и ( < ).

Рабочее тело в 1 входит в контакт с температурой и изотермически расширяется. В этом процессе рабочее тело совершает работу А. Из состояния 2 за счет адиабатического процесса переходит в 3.

Адиабатический процесс – процесс, при котором отсутствует теплообмен, т.е. δQ=0, затем газ сжимается изотермически и из 3 переходит в 4состояние. В этот момент тело передает холодильнику тепло Q. После чего переходит адиабатически из 4 в 1.

За один полный цикл совершается работа равная площади под кривой цикла.

Цикл Карно является обратимым циклом, это значит, что его можно провести по данному направлению 1-4-3-2-1

КПД (формулы):

η=1- (`4)

| |=νR

| |=νR =|-ν =|

=

Тогда формула (4) переписывается : η=1- (математическое выражение теоремы Карно)

Теорема Карно: Все обратимые двигатели работающие с одинаковой температурой имеют один и тот же КПД.

Ни один необратимый двигатель работающий между теми же термостатами не может иметь больше КПД.

Вопрос № 18 Второе начало термодинамики. Энтропия и 2 начало термодинамики.

У тепловых двигателей

Q2 ≠0

Невозможен периодический процесс, единственным результатом которого было бы преобразование отобранной у источника теплоты Q_{1 при неизмен. температ., полностью в работу} A, так чтобы A было = Q₁ (Кельвин-Планк)

Энтропия с термодинамики вводится в качестве меры необратимого рассеивания энергии. Такое понятие ввел Клаузис чтобы показать, что превращение теплоты в работу подчиняется законности 2-го нач. термодинамики.

Q_{2 /}^/ Q₁ =Т_2/^/Т₁; Q_1/^/Т₁= Q_2/^/Т₂ (4)

Или, учитывая, что Q₂ имеет знак ‘-‘ можно (4) переписать так:

Q_1/^/Т₁+ Q_2/^/Т₂=0

Любой обратимый цикл можно представить в виде последовательности циклов Карно.

_{, dQ- бесконечно малая}

_{Количество теплоты, полученное и отданное в цикле}

_{лев. прав.}

_{м/д 2-мя равновесными состояниями а и в не зависит от пути по которому проходит процесс, и тогда вводится понятие энтропии}

_{Из (7) следует}

_Ϫ S=S_в-S_а=

Этот интеграл не зависит (величина ϪS) от 2-мя любыми энтропии на PV-диаграмме.

Т. обр. энтропия явл. партнером состояния, это значит, что ее значение зависит только от состояния системы и не зависит от процесса поср-ом которого система пришла в это состояние.

Энтропия всегда больше 0. В любых процессах Ϫ S>0 т.е. полное изменение энтропии положительно.

Полная энтропия произвольной системы с ее окружением в любом естественном процессе

увеличивается, т.е. Ϫ S>0, т.е. в любой системе энтропия не сохраняется, а возрастает со временем.

Вопрос № 19 Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.

Электрическое поле действует на заряды с силой, которая не зависит от склонности зарядов, а электромагнитное зависит от склонности.

Электростатика- раздел классической физики, в которой изучается теория электростатического поля, образованного неподвижными зарядами.

Выполняется инвариантность зарядов: они сохраняются, и не завися от времени и условия существования, а так же переходят от одной системы к другой.

Электрический заряд – это внутреннее свойство тел или частиц, харак-

теризующее их способность к электромагнитным взаимодействиям. Заряд q

определяют в кулонах (Кл).

e 1,6010^19 Кл.- электрический заряд

Французский физик Шарль Кулон в 1785 г. с помощью крутильных весов

установил закон взаимодействия двух точеных зарядов (закон Кулона):

сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами q1 и

q2 , находящимися в вакууме, прямо пропорциональна величинам зарядов,

обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними и направлена

вдоль соединяющей их прямой:

F=k* (закон Кулона)

_{Вопрос №20. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей.}

Сила электростатического взаимодействия электрических зарядов находящихся в вакууме пропорционально произведению величин зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния м/д зарядами и направлена вдоль соединения прямой.

E= ; E=

Силовые линии

-указывают направление напряженности электростатического поля, т.е. в любой т. Е направлено по касательной силовой линии.

-силовые линии проводятся так чтобы величина напряженности поля Е пропорционально линии, ч/з единичную площадку, расположенную перпендикулярно линиям.

-они начинаются на “+” зарядах и заканчиваются на “-“.

--принципу суперпозиции полей

Напряженность электрического поля системы точечных зарядов = векторной сумме напряженностей полей любого из этих зарядов в отдельности.