WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Другий закон термодинаміки та його значення - Реферат

Другий закон термодинаміки та його значення - Реферат

обертанні робочих стадій теплового двигуна. Використовуючи роботу W, можна відібрати деяку кількість теплоти з області із низькою температурою TL (наприклад, із внутрішнього обсягу холодильника) і потім віддати більшу кількість теплоти в область із високою температурою Тн (наприклад, у кімнату).
1} Навіть на атомних електростанціях (АЕС) застосовуються парові турбіни; ядерне паливо (уран) необхідно лише для нагрівання пари
Ви можете без праці відчути цю теплоту, підносячи руку до задньої стінки холодильника. Робота W відбувається звичайно мотором компресора, що стискає робоче тіло.
Розділ 3
Ефективність теплових двигунів і другий закон термодинаміки
При вивченні роботи теплових двигунів у цьому і наступних розділах ми будемо цікавитися насамперед величинами потоків теплоти. Тому, щоб не задумуватися всякий раз про знак потоку теплоти , що визначає його напрямок (у систему чи з неї), ми будемо тут використовувати для теплоти лише абсолютні значення (|Q|) і необхідний за змістом знак плюс чи мінус.Ефективність будь-якого теплового двигуна визначається його коефіцієнтом корисної дії (ККД). Будемо позначати ККД буквою е і визначати як відношення роботи двигуна W до кількості підведеної теплоти |QH| при високій температурі.
ККД двигуна буде більшим тоді, коли буде менша |QL|. Однак досвід роботи з дуже широким класом двигунівпоказав, що зменшити величину |QL| до нуля неможливо. Якби це було здійсненно, то ми одержали би двигун з ККД, рівним 100%. Такий ідеальний двигун, який безперервно виконує робочі цикли, неможливий. Саме це лежить в основі ішого формулювання другого початку термодинаміки:
Неможливий періодичний процес, єдиним результатом якого було би перетворення теплоти Q при незмінній температурі цілком у роботу W (так що W= Q).
Це твердження відоме як формулювання другого початку термодинаміки Кельвіна - Планка. Якби заборона, що міститься в ньому, не виконувалася і можна було б побудувати ідеальний двигун, то могли б відбуватися дивні речі. Так, наприклад, якщо б двигуну на кораблі не потрібний був низькотемпературний резервуар (термостат), у який він міг би скидати частину теплоти після стадії випуску, то корабель міг би перепливти океан, користуючись тільки величезними запасами внутрішньої енергії океанських вод. Власне кажучи, відпала б взагалі проблема палива!
Однак усі спроби побудувати ідеальний двигун виявилися марними, і це вважається взагалі неможливим. Аналогічно неможливим виявилося побудувати оборотну систему - ідеальний холодильник, а саме пристрій, за допомогою якого теплоту можна було б переносити з низькотемпературної області у високотемпературну, причому для цього не було б потреби здійснювати будь-яку роботу . Це твердження можна сформулювати так:
Неможливо здійснити періодичний процес, єдиним результатом якого був би відбір теплоти в однієї системи при даній температурі і передача в такій же кількості теплоти іншій системі при більш високій температурі.
Це формулювання другого початку термодинаміки Клаузіуса. Воно узагальнює менш строге твердження про те, що теплота мимоволіно не буде переходити від холодного тіла до гарячого. Щоб досягти цієї мети, необхідно виконати роботу. Твердження Клаузіуса можна також сформулювати так: не можна створити ідеальний холодильник.
Покажемо тепер, що два різні формулювання другого початку термодинаміки-Клаузіуса і Кельвіна-Планка-еквівалентні один одному. Для цього доведемо, що якщо невірне одне з них, то невірне й інше. Таким чином, обидва формулювання повинні бути або невірними, або вірними що і доводить їхню еквівалентність.
Припустимо, що формулювання Клаузиуса помилкове, тобто ідеальний холодильник був би можливий. Можна було б відібрати кількість теплоти | Q | від тіла з низькою температурою і передати її тілу з високою температурою, не виконуючи роботи. Розглянемо тепер звичайний двигун, що відбирає кількість теплоти | Q' | від тіла з високою температурою, виконує роботу W і випускає кількість теплоти | Q | у резервуар з низкою температурою.Результуюча дія цих двох пристроїв така, що від тіла з високою температурою відбирається кількість теплоти | Q' | - | Q | і цілком перетвориться в роботу W= | Q' | - | Q |. Таким чином, ця система працює як ідеальний двигун, що суперечить формулюванню Кельвін-Планка.
Припустимо тепер, що формулювання Кельвіна-Планка - помилкове, і формулювання Клаузиуса також. Нехай ідеальний двигун відбирає кількість теплоти | Q' | від тіла з високою температурою і потім цілком перетворить її в корисну роботу W, так що W= |Q| . Потім звичайний холодильник використовує цю роботу для добору кількості теплоти |Q'| від тіла з низькою температурою і передачі кількості теплоти |Q"| тілу з високою температурою. Отже, цей пристрій відбирає від тіла з високою температурою кількість теплоти | Q | і передає йому кількість теплоти | Q" |; результуючий приплив теплоти до тіла з високою температурою при цьому дорівнює | Q" |-| Q |=(| Q' | + | Q |)-| Q |=| Q' |. Таким чином, результуюча дія цього пристрою складається у відборі кількості теплоти | Q' | від тіла з низькою температурою передачі такої ж кількості теплоти | Q' | тілу з високою температурою, що суперечить другому початку термодинаміки у формулюванні Клаузіуса.
Ми переконалися в тім, що якщо одне з формулювань другого початку термодинаміки, а саме Клаузіуса і Кельвіна - Планка, невірне, то невірне й інше. Отже, якщо вірне одне з них, то повинно бути вірне й інше, так що обидва формулювання еквівалентні.
Розділ 4
Двигун Карно
Процес перетворення теплоти в механічну енергію розширеноно вивчав на самому початку дев'ятнадцятого століття французький учений Н. Л. Саді Карно (1796-1832). Він мав намір визначити способи підвищення ККД теплових двигунів, однак дослідження незабаром привели його до вивчення основ самої термодинаміки.
Як допоміжний засіб для своїх досліджень Карно в 1824 р. винайшов (на папері) ідеалізований тип двигуна, що ми називаємо тепер двигуном Карно. Важливе значення двигуна Карно полягає не тільки в його можливому практичному застосуванні, але й у тім, що він дозволяє пояснити принципи дії теплових двигунів взагалі; не менш важливо і те, що Карно за допомогою свого двигуна вдалося внести вагомий вклад в обґрунтування і осмислення другого початку термодинаміки.
В двигуні Карно відбуваються оборотні процеси; тому насамперед необхідно з'ясувати, що ми маємо на увазі під оборотними і необоротними процесами. Оборотний процес - це такий процес, що протікає надзвичайно повільно, так що його можна розглядати як послідовний перехід від одного зрівноважного стану до іншого і т.д., причому весь
Loading...

 
 

Цікаве