Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не должна равняться 0.

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

18) Закон Стефана—Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона: Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела: где - степень черноты (для всех веществ , для абсолютно черного тела ). При помощи закона Планка для излучения, постоянную σ можно определить как где — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, c — скорость света.

Численное значение Дж·с^{− 1}·м^{− 2} · К^{− 4}.

Понятие о термодинамических циклах. Термический коэффициент полезного действия цикла

Работа за процесс - площадь под графиком на PV - диаграмме, но если мы используем только один термодинамический процесс, мы вернемся в конечную точку по тому же пути, и суммарная энергия перехода1 -> 2 -> 1 будет равна 0, т.е. работа равна 0.

Термодинамическим циклом называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.

Прямой цикл - цикл, в котором система совершает положительную работу (A > 0). Примером прямого цикла является цикл, совершаемый рабочим телом в тепловом двигателе. В таком двигателе рабочее тело получает энергию в форме теплоты от внешних источников и часть ее отдает в форме работы.

Обратный цикл - цикл, в котором система совершает отрицательную работу (A < 0). Пример - цикл рабочего тела в холодильной установке. В такой установке рабочее тело получает энергию в форме работы и передает энергию в форме теплоты от холодного тела к более нагретому телу.

Термическим КПД h называется отношение работы A, совершенной рабочим телом в прямом круговом процессе, к сумме Q_подв всех количеств теплоты, сообщенных в цикле рабочему телу нагревателями: h=A/Q_подв.

На PV-диаграмме A - площадь внутри цикла, Q_подв - площадь под верхним графиком.

Для цикла Карно: h=(T₁-T₂)/T₁=1-T₂/T₁.

Чем больше КПД, тем лучше экономичность, но повышается максимальная температура в цикле, т.е. повышается степень пожарной опасности.

Излучение газов

Одноатомные и двухатомные газы считаются прозрачными, поскольку они обладают малой излучательной, а следовательно, и малой поглощательной способностью. Трехатомные (СО2, Н2О, SО2 и др.) и многоатомные газы обладают значительными излучательной и поглощательной способностями, и их излучение играет большую роль как в топочных устройствах, где они образуются при сгорании топлива, так и в первых газоходах котельного агрегата, в которых они движутся при относительно высоких температурах. Спектры излучения трехатомных газов имеют резко выраженный селективный, т.е. избирательный, характер, так как они в отличие от серых тел поглощают и излучают энергию только в определенных интервалах длин волн, расположенных в различных частях спектра. Расчет теплообмена излучением между газом и стенками канала, по которому движется газ, очень сложен: его выполняют с помощью графиков и таблиц.

Коэффициент теплоотдачи излучением можно определить по формуле:

(9.21)

где б_л – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К);

с'_ε – эффективная степень черноты поглощательных поверхностей, учитывающая излучение газов: (9.22)

где с_ε – степень черноты поглоща-

тельных поверхностей; ε _г – суммарная

степень черноты газов:

(9.23)

где, ε _СО2и ε _Н2О – степени черноты углекислого газа и водяных паров; в – поправочный коэффициент, которым учитывается парциальное давление водяных паров; ε _г'– суммарная степень черноты газа, определяемая по формуле (9.23) при температуре поглощательной поверхности; Т_с– средняя температура поглощательной поверхности, К; Т_г – средняя температура газов, К, определяемая по

формуле

(9.24)

где T_c' и T_c" – начальная и конечная температуры поглощательной поверхности стенки, К; T'_г и T" _г – начальная и конечная температуры газов, К.

21) Цикл Карно - обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). Состоит из двух изотерм и двух адиабат. Этот цикл представляет собой замкнутый процесс, совершаемый рабочим телом в идеальной тепловой машине при наличии двух источников теплоты: нагревателя и холодильника.

Процессы 1—2 и 3—4 являются изотермическими, а 2—3 и 4—1 — адиабатными. Начальная температура рабочего тела в цикле принимается равной температуре нагревателя T₁. При изотермическом расширении от состояния 1 до состояния 2 рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q₁ при температуре T₁. На участке 2—3 рабочее тело адиабатно расширяется. При этом температура рабочего тела понижается отT₁ до T₂, а давление падает от p₂ до p₃. При сжатии по изотерме 3—4 от рабочего тела отводится к холодильнику количество теплоты q₂ при температуре T₂. Дальнейшее сжатие по адиабате 4—1 приводит к повышению температуры рабочего тела от T₂ до T₁, а рабочее тело возвращается в первоначальное состояние. Суммарная работа цикла l_ц графически изображается площадью 12341:

Термический к. п. д. цикла:

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла Карно:

Термический к.п.д. цикла:

22) Энтропия обладает всеми свойствами координаты термодинамического состояния. Так, в равновесных процессах при наличии теплового взаимодействия энтропия обязательно изменяется и остается постоянной только при отсутствии теплообмена (в адиабатном равновесном процессе dS = 0). Количество термического воздействия, т. е. количество теплоты dQ в элементарном равновесном термодинамическом процессе, пропорционально изменению энтропии, а множителем пропорциональности служит потенциал термического взаимодействия— термодинамическая температура Т.

Таким образом, количество термического воздействия, т. е. количество теплоты, может быть представлено в форме, аналогичной выражению, в виде произведения: dQ = TdS или для удельного количества теплоты: dq = Tds.

Энтропия S системы выражается в Дж/К, а удельная энтропия s однородного рабочего тела — в Дж/ (кг • К)

С микрофизической точки зрения энтропия является количественной мерой хаотичности, беспорядочности теплового движения. Увеличение энтропии соответствует уменьшению упорядоченности в расположении микрочастиц и в распределении энергии между ними. Количественная связь между микрофизическими характеристиками вещества и энтропией как макроскопической величиной устанавливается методами статистической термодинамики.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒