АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Термодинамики

Читайте также:
  1. Внутренняя энергия идеального газа. Работа газа при изобарном расширении. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Понятие о втором начале термодинамики.
  2. Внутренняя энергия тела и способы её изменения. Изменение внутренней энергии тела при нагревании. Первое начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы.
  3. Второе начало термодинамики. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Равенство и неравенство Клаузиуса.
  4. Второе начало термодинамики. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно.
  5. Второе начало термодинамики. Энтропия
  6. Второй закон термодинамики. Энтропия
  7. Второй закон термодинамики. Энтропия. Закон возрастания энтропии. Теорема Нернста. Энтропия идеального газа.
  8. К.п.д. тепловой машины. Цикл Карно. Второй закон термодинамики.
  9. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Применение первого начала к изопроцессам.
  10. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Понятие энтропии .
  11. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия.
  12. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Энтропия.

Процессы в природе необратимы, а их направление подчиняется общей закономерности – более упорядоченные состояния замкнутых систем переходят в менее упорядоченные.

Если лежащий на земле мяч слегка толкнуть ногой, то он, прокатившись по земле, остановится, а вся его кинетическая энергия перейдёт в тепловую, в результате чего он сам и участки земли, которых он касался, станут чуть теплее. Другими словами, вся кинетическая энергия упорядоченного движения мяча переходит во внутреннюю энергию хаотического движения молекул. А можно ли сделать наоборот, чтобы часть энергии хаотического движения молекул перешла в кинетическую энергию его упорядоченного движения, как целого? В принципе, можно себе представить, что совершенно случайно все молекулы мяча в своём тепловом движении вдруг начинают двигаться в одном направлении. Тогда очевидно, что и весь мяч двинется в ту же сторону. Интересно, что такая случайная координация между движениями всех молекул не противоречит закону сохранения энергии, но жизненный опыт нам подсказывает, что этого быть не может, т.к. вероятность такого события очень и очень мала. Таким образом, процесс скольжения мяча является необратимым, при котором вся кинетическая энергия переходит в тепловую, а упорядоченное движение заменяется хаотичным.

Можно привести много примеров необратимости тепловых процессов. Если два тела разной температуры соприкасаются, то более горячее тело остывает, а более холодное нагревается, хотя закон сохранения энергии, вообще говоря, не запрещает и обратное. Поэтому теплообмен между неодинаково нагретыми телами тоже необратим и происходит только от более нагретого тела к менее нагретому (рис. 32 а). Можно считать, что до начала теплообмена молекулы были расположены упорядоченно – молекулы с малой кинетической энергией в менее нагретом теле, а молекулы с большой энергией в более нагретом. Таким образом, как и в случае с катящимся по полю мячом, теплообмен происходит в направлении от порядка к его отсутствию.

Свойство газа занимать весь объём сосуда, в котором он находится, тоже возникает из-за стремления молекул газа к беспорядку. Если сначала разместить все молекулы газа в какой-то малой части сосуда, а потом снять ограничения, разрешив им двигаться, то они равномерно заполнят весь его объём (рис. 32 б). Как и в предыдущих случаях, вероятность того, что молекулы опять соберутся все вместе в той части сосуда, где они были сначала, ничтожно мала. Поэтому и этот процесс расширения газа тоже необратим.

Таким образом, можно утверждать, что, если замкнутая система из макроскопических тел переходит в другое состояние, то этот переход необратим, т.к. он всегда происходит из менее вероятного состояния в более вероятное. Это утверждение называют вторым законом термодинамики, который указывает направление протекания тепловых процессов в природе.

Существуют, однако, и несколько других формулировок второго закона термодинамики. Одна из них принадлежит немецкому учёному Р. Клаузису – «Невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход количества теплоты от холодного тела к горячему». Другими словами, теплообмен в замкнутой системе может происходить только в одном направлении – от горячего тела к холодному.

Докажем с помощью второго закона термодинамики в формулировке Клаузиса, что количество теплоты, полученное при охлаждении какого-либо тела А не может быть полностью преобразовано в механическую энергию тела Б. Действительно, если бы это удалось, то тогда можно было бы нагреть любое тело В, более горячее, чем А, с помощью силы трения, возникающей при движении тела Б по телу В. В результате, система из тел А, Б и В перешла бы в новое состояние, отличное от старого только тем, что некоторое количество теплоты перешло от тела А к более горячему телу В. А такой процесс запрещён вторым законом термодинамики, и значит, всё количество теплоты не может быть преобразовано в механическую энергию.

Потребности человеческого общества в различных видах энергии возрастают с каждым годом. При этом большая часть электрической и механической энергии производится тепловыми двигателями, в частности, двигателями внутреннего сгорания, КПД которых ограничен вторым законом термодинамики и уравнением (31.2). И, чем больше человечество производит энергии, тем больше оно нагревает окружающую среду и загрязняет её экологически вредными продуктами сгорания. Поэтому будущее мировой энергетики связано с использованием энергосберегающих технологий и возобновляемых источников энергии (ветер, приливы, солнечная энергия и т.п.).

Вопросы для повторения:

· Приведите примеры необратимых тепловых процессов.

· Сформулируйте второй закон термодинамики и следствия из него.

Рис. 32. Иллюстрация необратимости при теплообмене (а, стрелкой показано направление передачи теплоты) и расширении газа в пустоту (б, слева – начальное состояние).

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)