Термодинаміка

Термодинаміка

Термодинаміка вивчає найзагальніші властивості макроскопічних (утворених багатьма мікроскопічними складовими) систем у стані термодинамічної рівноваги, а також процеси переходу між такими станами.
Стан термодинамічної рівноваги характеризується однаковими значеннями температури, тиску та інших величин у всіх частинах системи. Механізми процесів, які вивчає термодинаміка, при цьому не досліджуються.

Робота газу в термодинаміці

Прикладом роботи, що виконується не за рахунок механічної, а за рахунок теплової енергії, може бути зміщення поршня в циліндрі на відстань внаслідок нагрівання газу під поршнем.


Газ, розширюючись за сталого тиску, виконує над поршнем роботу за рахунок сил молекулярного тиску , де S — площа поршня, ?V — приріст об’єму, який займає газ у циліндрі.
У загальному випадку, коли тиск газу в ході процесу змінюється, роботу знаходять графічним методом.
Робота газу при будь-якому процесі вимірюється площею, обмеженою кривою процесу, віссю абсцис і вертикальними прямими V = V1 та V = V2.

Закони термодинаміки

Перший закон термодинаміки (два формулювання):
1) Результатом одержання системою кількості теплоти Q є збільшення внутрішньої енергії системи і виконання нею роботи проти зовнішніх сил: (звідси , , тобто робота А не більша за кількість теплоти Q (не може існувати «вічний двигун 1-го роду», який би дозволяв виконувати роботу ).
2) Приріст внутрішньої енергії системи може бути результатом і теплопередачі системі, і виконання над нею роботи зовнішніми силами: , де .
Другий закон термодинаміки: неможлива самочинна теплопередача від менш нагрітого тіла більш нагрітому; не може існувати «вічний двигун 2-го роду», який забезпечував би виконання умови .

Рівняння теплового балансу

Тепловим балансом у замкненій системі тіл при теплообміні між ними називається однаковість сум кількостей теплоти, що віддаються більш нагрітими тілами менш нагрітим, і кількостей теплоти, одержаних останніми.
Приклад: у чашку з водою, у яку занурено ложечку, долили більш гарячої води. Ця вода, охолоджуючись до деякої температури, спільної для всієї даної системи у стані рівноваги, віддає кількість теплоти Q, при цьому вода в чашці отримує кількість теплоти , ложка — . Отже: .
У розгорнутому вигляді кожен член рівняння записується як добуток питомої теплоємності, маси і зміни температури для кожного з тіл системи.

Принцип дії теплових двигунів. Ккд теплового двигуна

Тепловими двигунами називаються періодично діючі пристрої, що перетворюють теплову енергію на механічну. Робоче тіло двигуна (газ), розширюючись під час взаємодії з нагрівником та одержуючи від нього кількість теплоти , виконує роботу проти зовнішніх сил. Повертається газ до початкового стану під зовнішньою дією і при цьому віддає кількість теплоти охолоджувачу («холодильнику»). Різниця дорівнює роботі , яку виконує тепловий двигун за 1 цикл (круговий процес).
ККД будь-якого теплового двигуна:
.
Розрахунки, виконані Саді Карно, показали, що максимальний ККД обчислюється так:, де і — температури нагрівника та охолоджувача.
Різновидом теплового двигуна є і двигун внутрішнього згоряння.
br /

Copyright © 2009-2017. All Rights Reserved.