- •Физические основы классической механики
- •I. Механика. Общие понятия
- •2. Кинематика точки
- •3. Скорость
- •4. Ускорение
- •5. Примеры
- •I. Основные понятия
- •2. Законы механики
- •3. Инерциальные системы отсчёта (и.С.О.)
- •4. Принципы относительности Галилея
- •5. Закон сохранения импульса
- •6. Реактивное движение
- •7. Центр инерции
- •I. Работа
- •2. Энергия
- •3. Кинетическая и потенциальная энергии
- •4. Закон сохранения механической энергии
- •5. Удар абсолютно упругих и неупругих тел
- •I. Кинематика вращательного движения
- •2. Кинетическая энергия вращательного движения. Момент инерции.
- •3. Основное уравнение динамики вращательного движения
- •4. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •I. Принцип относительности
- •2. Постулаты Эйнштейна
- •3. Преобразования Лоренца
- •4. Замедление времени
- •5. Сокращение длин
- •6. Сложение скоростей в теории относительности.
- •7. Изменение массы со скоростью
- •8. Движение релятивистской частицы
- •9. Связь между массой и энергией
- •10. Кинетическая энергия. Энергия и импульс
- •Колебания и волны
- •1. Общие сведения о колебаниях
- •2. Механические колебания
- •3. Энергия гармонических колебаний
- •1. Предмет молекулярной физики
- •2. Термодинамические параметры.
- •3. Идеальный газ
- •4. Основное уравнение мкт газов для давления.
- •5. Газовые законы как следствие молекулярно-кинетической теории.
- •1. Скорости теплового движения молекул
- •2. Распределение молекул по скоростям (Закон Максвелла)
- •3. Закон распределения Больцмана
- •4. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул
- •1. Внутренняя энергия идеального газа
- •2. Первое начало термодинамики
- •3. Работа при расширении газа
- •4. Теплоемкость идеальных газов
- •5. Адиабатический процесс
- •1. Характеристика тепловых процессов.
- •2. Принцип действия тепловой машины
- •3. Второе начало термодинамики
- •1. Энтропия
- •1. Отклонение свойств газов от идеальных.
- •2. Уравнение состояния реального газа (уравнение Ван-дер-Ваальса)
- •1. Критическое состояние вещества
- •1. Внутренняя энергия реального газа
- •1. Жидкости.
- •2. Поверхностное натяжение.
- •3. Явление смачивания.
- •4. Формула Лапласа.
- •5. Капиллярность.
2. Принцип действия тепловой машины
Т епловой машиной называют устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую. Для этого используют рабочее тело - вещество, способное воспринимать тепло и совершать работу. В качестве него может быть использован идеальный газ, водяной пар и т.д. С рабочим телом в тепловой машине осуществляют круговой процесс или цикл, при которой система посла ряда изменений возвращается в исходное состояние (Рис.10.2). Работа цикла: . Для этого на участке 1-2 рабочее тело нагревается, подводится тепло от нагревателя , а на участке 2-1 - охлаждается, отдает холодильнику тепло . Тогда по первому началу термодинамики:
откуда получаем:
(10.3)
Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен .
(10.4)
Н айдем максимальный к. п. д. тепловой машины. Из формул (10.1), (10.2) и (10.4) следует, что для получения или цикл должая быть составлен ив обратимых процессов. Такой цикл будет включать два изотермических (1-2, 3-4) и два адиабатических процесса (2-3, 4-1) (цикл Карно, 1824 г.), он изображен на Рис. 10.3. Найдем его к. п. д.
Используя уравнений адиабаты , находим для процессов
2-3, 4-1:
откуда:
. Тогда
(10.5)
Таким образом, тепловой машины не зависит от рабочего тела и тем выше, чем нижа температура холодильника.
3. Второе начало термодинамики
Как видно, не все количество тепла, получаемое рабочим телом оn нагревателя, можно превратить в работу, часть его остается неиспользованным. Следовательно, существуют определенные ограничения при превращении тепла в работу для круговых процессов. Эти ограничения не регламентированы первым началом, которое допускает любое превращение теплоты в работу и обратно лишь в эквивалентных соотношениях.
Таким образом, дели бы на было указанных ограничении, то можно было бы построить тепловую машину, которая путем охлаждения окружающих тел, могла бы превращать взятую теплоту в работу ( ). Так как запасы тепловой энергии, содержащейся в земле, воде и атмосфера практически не ограничены, то такая машина для практики была бы эквивалентна вечному двигателю. Такую гипотетическую машину называют вечным двигателем II рода и второе начало термодинамики формулируют как невозможность построения вечного двигателя второго рода.
Второе начало термодинамики накладывает ограничения на направлениях возможных тепловых процессов: невозможны такие тепловые процессы, единственным коночный результатом которых будет превращение в работу тепла, извлеченного из источника о постоянной температурой (отсутствие холодильника).
Второе начало термодинамики не имеет такого всеобщего действия как первое начало. Но вместе с ним оно управляет всеми тепловыми процессами.
Лекция 14 |
Энтропия. Энтропия идеального газа. Статистическое толкование второго начала термодинамики. |
|
Изменение энтропии в необратимых процессах. Теорема Нернста. |