8. 2 Закон тд.

Однородность первого закона является одной из классических формулировок второго закона термодинамики.

2 закон формулируется в виде постулата Клаузиуса.

Теплота не может переходить от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой без совершения работы. При такой формулировке не отрицается возможность перехода теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, но этот процесс должен компенсироваться преобразованием минимальной энергии в теплоту.

, где знак «=» обратимые процессы, а знак «>» - не обратимые процессы.

для осуществления круговых процессов необходимо иметь не менее 2 источников теплоты различной температуры.

Энтропия s может быть определена как S=k*Ln(W), где к- постоянная Больцмана, W- термодинамическая вероятность равная числу микро состояний, различающих данное микросостояние системы .

Объединенное уравнение I и II закона термодинамики

dS ≥ dq/T – аналитическое выражение II закона термодинамики.

Физический смысл энтропии состоит в том что она позволяет судить о направлении протекания обратимых термодинамических процессов. Если процесс идет с подводом теплоты то dq › 0, наоборот отрицательным.

9. Круговые процессы. Прямые и обратные циклы. Оценка их эффективности. Цикл Карно.

Для непрерывного превращения теплоты в работу (это назначение любого теплового двигателя) необходимо осуществление круговых процессов.

Рассмотрим процессы являющиеся разомкнутыми, в которых параметры непрерывно и односторонне изменяются. Для непрерывного превращения теплоты в работу разомкнутый процесс не пригоден и должен быть заменён замкнутым процессом – циклом.

g = ∆U + l

Цикл Карно.

Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из 2-х изотермических и из 2-х адиабатных процессов. Обратимый цикл Карно в p,υ- и T,s- диаграммах показан на рис.3.1.

1 -2 – обратимое адиабатное расширение при s₁=Const. Температура уменьшается от Т₁ до Т₂. 2-3 – изотермическое сжатие, отвод теплоты q₂ к холодному источнику от рабочего тела. 3-4 – обратимое адиабатное сжатие при s₂=Const. Температура повышается от Т₃ до Т₄. 4-1 – изотермическое расширение, подвод теплоты q₁ к горячего источника к рабочему телу. В обратном адиабатном процессе трение отсутствует => энтропия = const.

S₂ = S₃ и S₄ = S₁,

Подвод и отвод теплоты

Термический КПД цикла – это отношение количества теплоты преобразованной в работу к

Количеству приведенной теплоты.

полезная работа

изменения внутренней энергии в круговых процессах не происходит. Обратный цикл Карно имеет наивысший КПД.

10. Водяной пар. Фазовая Pt – диаграмма водяного пара.

Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. Его получают в процессе подогрева воды до кипения в паровых котлах(парогенераторах).

Различают: влажный, насыщенный, сухой насыщенный и перегретый пар.

Насыщенный пар.

При испарении наиболее подвижные молекулы покидают пределы воды. Часть вылетевших молекул в следствии теплового движения возвращаются обратно в воду. Спустя некоторое время при данной температуре наступает динамическое равновесие между покидающими и возвращающимися в воду молекулами. Заполнившие пространство над водой молекулы и образуют сухой насыщенный пар. Давление насыщенного пара зависит от насыщенности пара и при данной температуре принимает определённое значение. При изменении температуры состояние насыщенности пара при другом давлении насыщения.

Испарение может происходить не только с открытой поверхности, но и внутри паровых пузырьков, которые в большом количестве образуются при кипении воды. Суммарная поверхность паровых пузырьков во много раз превосходят свободную поверхность воды, поэтому испарение внутри пузырьков имеет преобладающее значение.

Всплывая на поверхность паровые пузырьки лопаются, над поверхностью кипящей воды образуется двух фазная среда, состоящая из мелких капель воды и сухого насыщенного пара, которую называют влажным насыщенным паром.

Температура кипения является температурой насыщения пара если вода содержит в ней воздух или другие газы.

Действительно, образование паровых пузырьков не возможно, если максимально

Возможное при данной температуре давление пара, меньше внешнего давления которое сжимает и разрушает их, и наоборот, образование паровых пузырьков становится возможным при достижении водой температуры кипения. Когда давление насыщенного пара не меньше внешнего давления перегретый пар отличается от насыщенного тем, что при одном и том же давлении его температура всегда выше чем у сухого насыщенного.

Массовую долю сухого насыщенного пара называют степенью сухости и обозначают буквой X(1>=X>=0).

Аналогично величину (1-Х) называют влагосодержанием или степенью влажности пара.

Удельный объём, энтальпия и энтропия влажного насыщенного пара:

параметры с одним штрихом соответствуют кипящей воде, с двумя сухому насыщенному пару.

Значения параметров с одним и двумя штрихами приводят к специальным таблицам термодинамических свойств водяного пара.

Процесс парообразования является одновременно и изобарным и изотермическим.

Насыщенный пар используется в технологических целях, а перегретый для производства электроэнергии.

Фазовая Рt- диаграмма водяного пара.

Подвод теплоты к воде ведет к повышению ее температуры (от Та до Тb).В точке b начинается процесс парообразования (кипения). Теплота при этом будет расходоваться на парообразование, а не на повышение температуры, до того как вся вода не превратиться в пар. Точку b –точка парообразования. Проведя опыты при различных давлениях и получив при этом точки парообразования ( b1 и b2), соединим их кривыми и получим кривую насыщения (парообразования). При некотором давлении Р4 переход жидкости в пар осуществляется не при одной температуре, а постепенно. Это означает что на кривой насыщения существует предельная точка, при которой происходит переход жидкости в пар. Эту точку обозначают буквой к и называют критической точкой. Параметры критической точки для различных веществ различны. Для воды и водяного пара Рк=22,1 МПа, tk=374 C.

На диаграмме существует тройная точка –­ состояние, в котором одновременно сосуществует три фазы: твердая, жидкая, газообразная. На диаграмме она практически совпадает с началом координат.

На рисунке представлена кривая насыщения воды и водяного пара.

Как видно из рисунка температура кипения воды тем выше, чем больше давление Р.

11. РV-, TS-, hS- диаграммы водяного пара.

К - критическая точка, максимально возможная температура сосуществования двух фаз: жидкости и насыщенного пара, вода превращается в перегретый пар минуя двухфазную область.

II-нижняя пограничная кривая, левая (соответствует кипящей воде). III-верхняя пограничная кривая, правая (сухой насыщенный пар). Все точки горизонталей между кривыми II и III соответствуют состоянию влажного насыщенного пара. Выше точки К, находится область однофазных состояний (нет четкой границы между жидкостью и паром). Точки а- перегретый пар.

Процесс парообразования является одновременно изобарным и изотермическим.

В диаграммах наносят также изобары, изохоры и линии постоянной степени сухости(для кипящей жидкости х=0,а для сухого насыщенного пара x=1).

hS- диаграмме h-энтальпия, S-энтропия. для насыщенного пара обычно задаются параметры P и х.

в области насыщения изобара совпадает с изотермой и изобары расходятся.

В области влажного пара изобары отображаются прямыми линиями. В области перегрева- близки к логарифмическим кривым. В области насыщенного пара расходятся, причем изотермы приближаются к горизонталям.