Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
fizika.doc
Скачиваний:
42
Добавлен:
04.03.2016
Размер:
1.18 Mб
Скачать

57.Обратимые и необратимые процессы.

Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии для тепловых процессов – устанавливает количественное соотношение при превращении теплоты в механическую работу: Q=ΔU+A. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую.

Человек с давних времён умел превращать запасную энергию или работу в теплоту. Первобытные люди добывали теплоту, сжигая различные виды топлива.

Используя обратный процесс (превращение теплоты в работу) люди овладели возможностью получать работу в требуемом кол-ве.

Первый закон термодинамики не устанавливает направление тепловых процессов. Однако, многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Например, при тепловом контакте двух тел с разными температурами тепловой поток всегда направлен от более теплого тела к более холодному. Никогда не наблюдается самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Следовательно, процесс теплообмена при конечной разности температур является необратимым.

Не смотря на то, что теплота самопроизвольно не переходит к более горячему телу, можно намеренно вызвать этот переход в противоестественном направлении. Так, холодильник работает за счёт того, что где-то сгорает уголь, падает поток воды или происходит деление ядра. Процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний, называют обратимыми процессами. При этом сама система и окружающие тела возвращаются к исходному состоянию.

Необратимыми являются процессы превращения механической работы во внутреннюю энергию тела из-за наличия трения, процессы диффузии в газах и жидкостях, процессы перемешивания газа при наличии начальной разности давлений и т. д. Все реальные процессы необратимы, но они могут сколь угодно близко приближаться к обратимым процессам. Обратимые процессы являются идеализацией реальных процессов.

58.Циклические процессы

Первым устр-вом, преобраз-им теплоту в работу, стала паровая машина. Двигателем назыв-сяустр-во, которое работает циклически и переодически возвращается в начальное положение. Двигатель должен работать сколь угодно долго, потребляя Е, поставляемую нагревателем, который в свою очередь питается энергией за счёт сгорания топлива. С помощью цикла Карнно можно воспроизвести рабочие процессы, происходящие в реальных машинах.

Цикл Карно имеет 3 стадии: изотерм-ое и адиабат-оерасширние газа, изотерм-ое и адиаб-ое сжатие газа. Начальное сост-ие двигателя А соотв-ет наличию контакта между цилиндром с газом и нагревателем. В этой точке поршень вдвинут в цилиндр, Vгаза мал,Tвысокая,pвелико. 1-й контакт цикла, в течение к-го цилиндр в контакте с нагревателем, состоит в расширении газа. Газ, имеющий высокое р, давит на поршень, стремясь вытолкнуть его из цилиндра. В рез-те поршень перемещ-ся, связанный с ним коленчатый вал поворачив-ся – совершается рабочий ход двигателя. Этот этап изотерм-ий. Чтобы преодолеть стремление газа к охлаждению при расширении, к нему необходимо подвести энергию от нагревателя. Чтобы цикл был полезным, необходимо уменьшить работу, совершаемую над газом при возвращению к исходным значениямVиp. Необходимо понизить р газа внутри цилиндра, чтобы на стадии сжатия требовалась меньшая работа, чем на стадии расширения. Один из способов понизить р газа стоит в понижении его температуры, т.е. охлаждении. Этого можно добиться, включив в цикл стадию адиабат-го расширения (В-С). Существенным этапом для цикла Карно явл-ся размыкание теплового контакта с нагревателем прежде, чем поршень окажется полностью выдвинутым. Коленчатый вал продолжает поворачиваться, а газ расширяться, но теперь это расширении происходит адиабат-ки, так что при этом падает р и Т газа. Он приходит в состояние, соответствующее точке С. Далее следует возвращение газа к исходному состоянию, т.е. необходимо вдвинуть поршень в цилиндр, уменьшитьVгаза до первонач-госост-ия. На этом этапе (С-D) газ приводится в тепловой контакт, но с холодильником, чтобы на сколько возможно понизить р, а следоват-но и умньшить работу по сжатию газа. В рез-те попадём в точкуDтеперьVпочти как в нач-ом сост-ии, но Т газа понизилась => прежде, чем коленчатый вал завершит полный оборот, нарушают тепловой контакт с холодильником и Т газа повышают за счёт работы, совершаемой над ним в процессе адиабат-го сжатия. Т.о., приходим к полностью замкнутому циклу, совершив ещё и полезную работу. В течение рабочего хода получили больше работы, чем затратили на этапах возврата в исходное сост-ие. Этой цели достигли, совершив сжатие при меньших значениях давления. Исключ-но важная роль принадлежит холодильнику. В отсутствие холод-ка мы совершим бесполезный цикл, неприводящий к выигрышу. Когда же обеспечили возможность передачи части энергии газа холод-ку, последов-ть процесса осталась циклической, но теперь она стала ещё и полезной с точки зрения совершения работы. Лишь при наличии холод-ка становиться возможным создать поток энергии от нагревателя к холод-ку и часть этой энергии превратить в работу. Цикл Карно – один из возможных способов получения работы с помощью теплоты.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]