3. Первый закон термодинамики Основные определения

Первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения и превращение энергии применительно к процессам взаимного превращения теплоты и работы. Закон утверждает, что сумма всех видов энергии изолированной системы при любых происходящих в системе процессах остается постоянной:

При осуществлении термодинамического процесса подводимая к телу теплота Qидет на изменение его внутренней энергии и совершение механической работы:

(13)

Для 1 кг рабочего тела

.

4.Основные термодинамические процессы Основные определения

Изменение состояния тела при взаимодействии его с окружающей средой называется термодинамическим процессом. В общем случае в термодинамическом процессе могут изменяться все три параметра состояния. В технической термодинамике рассматриваются следующие основные термодинамические процессы:

1) изохорный – при постоянном объеме ();

2) изобарный – при постоянном давлении ();

3) изотермический – при постоянной температуре ();

4) адиабатный – без внешнего теплообмена (q= 0);

5) политропный процесс, происходящий при постоянной теплоемкости рабочего тела.

В табл. 4 приведены основные расчетные соотношения для указанных термодинамических процессов.

Изменение внутренней энергии в термодинамических процессах с идеальным газом

, (14)

энтальпия

.

Изменение энтальпии в любом термодинамическом процессе с идеальным газом

(15)

Таблица 4

Процесс	Уравнение процесса	Соотношение между параметрами состояния	Механическая работа	Теплота
Изохорный
Изобарный
Изотермический
Адиабатный
Политропный

Примечание. Здесь kиn– соответственно показатель адиабаты и политропы.

5. Второй закон термодинамики Основные определения

Второй закон термодинамики устанавливает направление протекания самопроизвольных тепловых процессов в природе и определяет условия превращения теплоты в работу. Закон утверждает, что теплота в природе самопроизвольно переходит только от тел более нагретых к менее нагретым.

В соответствии со вторым законом термодинамики для превращения теплоты в работу в любом тепловом двигателе необходимо иметь два тела с различными температурами. Более нагретое тело будет источником теплоты для получения работы, менее нагретое – теплоприемником. При этом к. п. д. теплового двигателя всегда будет меньше единицы.

Термический к. п. д. теплового двигателя

(16)

где и– соответственно теплота, подведенная в цикле и отданная теплоприемнику.

Для идеального цикла теплового двигателя, т. е. для прямого обратимого цикла Карно,

(17)

где – температура горячего источника теплоты;

– температура холодного источника теплоты или теплоприемника.

Термический к. п. д. любого реального цикла теплового двигателя всегда меньше термического к. п. д. цикла Карно для того же интервала температур.

Важнейшим параметром состояния вещества является энтропия Изменение энтропии в обратимом термодинамическом процессе определяется уравнением, являющимся аналитическим выражением второго закона термодинамики:

(18)

Для 1 кг вещества

где – бесконечно малое количество теплоты, подводимой или отводимой в элементарном процессе при температуре, кДж/кг.

Энтропия является функцией состояния, поэтому её изменение в термодинамическом процессе определяется только начальными и конечными значениями параметров состояния. Изменение энтропии в основных термодинамических процессах:

в изохорном

(19)

в изобарном

(20)

в изотермическом

(21)

в адиабатном

(22)

в политропном

(23)