- •Основы термодинамики
- •Внутренняя энергия
- •Внутренняя энергия
- •Внутренняя энергия
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Теплота и работа
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Число степеней свободы молекулы. Закон о равномерном
- •• Поступательные степени свободы связаны с движением молекулы как целого в пространстве, вращательные
- ••Если связь между атомами не жесткая, то добавляются колебательные степени свободы.
- ••Независимо от общего числа степеней свободы молекул 3 степени свободы всегда поступательные.
- ••Больцман установил закон, согласно которому для статистической системы (т. е. для системы у
- •Теплоемкость
- •Теплоемкость
- •Теплоемкость
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Уравнение Майера
- •Коэффициент Пуассона
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Адиабатический процесс
- •Первое начало термодинамики
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Круговой процесс (цикл)
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Необратимый процесс
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Энтропия
- •Тепловые двигатели
- •Тепловые двигатели
- •Тепловые двигатели
- •КПД теплового двигателя
- •КПД теплового двигателя
- •КПД теплового двигателя
- •Термодинамические циклы
- •Термодинамические циклы
- •Термодинамические циклы
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Цикл Карно
- •Третье начало термодинамики
- ••Нернст Вальтер Фридрих Герман (1864–1941) – немецкий физик и физико-химик, один из основоположников
- ••Согласно Нернсту, изменение энтропии S стремится к нулю при любых обратимых изотермических процессах,
- ••Нернст сформулировал теорему для изолированных систем, а затем М. Планк распространил ее на
- ••Объяснение теоремы Нернста можно дать только на основании квантово-механических представлений.
- ••Следствием третьего начала является то, что
Цикл Карно
•Далее на адиабатическом участке (2–3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A23 > 0. Температура газа при
адиабатическом расширении падает до значения T2.
Цикл Карно
•На следующем изотермическом участке (3–4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T2 < T1.
•Происходит процесс изотермического сжатия.
•Газ совершает работу A34 < 0 и отдает тепло Q2 < 0, равное произведенной работе A34. Внутренняя энергия газа не изменяется. Наконец, на последнем
Цикл Карно
•Наконец, на последнем участке адиабатического сжатия газ вновь помещается в адиабатическую оболочку. При сжатии температура газа повышается до значениясовершаетT1работу, газ A41 < 0.
Цикл Карно
Цикл Карно
•Полная работа A, совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:
•A = + + +.
•На диаграмме (p, V) эта работа равна площади цикла.
•Процессы на всех участках цикла Карно предполагаются квазистатическими. В
частности, оба изотермических участка (1–2 и 3– 4) проводятся при бесконечно малой разности температур между рабочим телом (газом) и тепловым резервуаром (нагревателем или холодильником).
Цикл Карно
•Как следует из первого закона термодинамики, работа газа при адиабатическом расширении (или сжатии) равна убыли ΔU его внутренней энергии. Для 1 моля газа
•A = –ΔU = –(–),
•где и – начальная и конечная температуры газа.
•Отсюда следует, что работы, совершенные газом на двух адиабатических участках цикла Карно, одинаковы по модулю и противоположны по знакам
•= –
Цикл Карно
•По определению, коэффициент полезного действия η цикла Карно есть
•С. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T1 и холодильника T2:
Цикл Карно
•Цикл Карно замечателен тем, что на всех его участках отсутствует соприкосновение тел с различными температурами.
•Любое состояние рабочего тела (газа) на цикле является квазиравновесным, т. е. бесконечно близким к состоянию теплового равновесия с окружающими телами (тепловыми резервуарами или термостатами).
•Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника:
•ηКарно = ηmax.
Цикл Карно
•Для цикла Карно к. п. д. действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника.
•Для его повышения необходимо увеличивать разность температур нагревателя и холодильника.
• Например, при Т1 = 400 К и Т2 = ЗООК η = 0,25.
•Если же температуру нагревателя повысить на 100 К, а температуру холодильника понизить на 50 К, то η= 0,5.
•К. п. д. всякого реального теплового двигателя из- за трения и неизбежных тепловых потерь гораздо меньше вычисленного для цикла Карно.
Цикл Карно
•Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях.
•Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу.
•Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество
теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы.
•Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.