Умова:
Рівняння процесу
>
1 – показник
адіабати.Адіабата – графік адіабатного процесу.
Адіабата крутіша за ізотерму, тому що при Q = 0 на ΔV впливає і ΔТ і Δр, а при
Т = const – лише Δр.
З умови процесу випливає І ЗТД:
(87)
Внутрішня енергія газу збільшується за рахунок роботи зовнішніх сил.
Або: робота виконується газом лише за рахунок його внутрішньої енергії.
5. ІІ закон термодинаміки (ІІ ЗТД) – вказує напрям протікання необоротних процесів у природі.
З І закону термодинаміки випливає неможливість побудови „вічного“ двигуна першого роду, бо будь-яка система не може нескінченно довго виконувати роботу без передачі їй теплоти. Дійсно, коли Q = 0, то робота має виконуватись за рахунок внутрішньої енергії системи, яка є обмеженою.
Закон збереження і перетворення енергії стверджує, що кількість енергії за будь-яких її перетворень незмінна, але нічого в ньому не вказує на те, які енергетичні перетворення можливі. Однак багато процесів, цілком допустимих з точки зору закону збереження енергії, ніколи не відбуваються в дійсності. Такі процеси називають необоротними.
Наприклад, нагріте тіло, поступово охолоджуючись, передає свою енергію більш холодним тілам, які його оточують. Зворотний процес передачі теплоти від холодного тіла до гарячого самовільно відбуватися не може. Всі тіла вільно падають на землю, але самовільно з землі вони не можуть піднятися вгору. При гальмуванні автомобіля чи затухаючих коливаннях маятника механічна енергія перетворюється у внутрішню, але ніколи автомобіль чи маятник не відновлять свій рух за рахунок своєї внутрішньої енергії, ля цього їм потрібна енергія зовнішніх тіл. Кількість таких прикладів можна навести безліч. Усі вони свідчать, що процеси в природі мають певну спрямованість, і у зворотному напрямі вони самовільно відбуватися не можуть.
Напрям можливих енергетичних перетворень вказує ІІ закон термодинаміки. Він підтверджує необоротність процесів в природі і був сформульований на основі дослідних фактів багатьма вченими: Клаузіусом, Планком, Томсоном.
Зміст ІІ ЗТД наступний: енергія не може переходити сама по собі від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.
Тоді ІІ ЗТД заперечує можливість створення вічного двигуна ІІ роду:
Не можна створити машину, яка, отримавши ззовні деяку кількість теплоти при будь-якій температурі, повністю перетворила б її в механічну роботу і при цьому повернулась точно у вихідний стан. Інакше багатократно повторюючи такий цикл, можна було б перетворити в механічну роботу величезні запаси енергії які акумульовані у воді морів, океанів Землі.
Таким чином, І ЗТД заперечує можливість існування машини, за допомогою якої можна було б виробити енергію з нічого, а ІІ ЗТД заперечує можливість створення машини, здатної виконувати роботу лише за рахунок охолодження одного тіла.
Приклади розв’язування задач
Під час розширення газу в циліндрі під час нагрівання газ отримав 150 кДж теплоти. Тиск газу залишався незмінним та дорівнював 20 МПа. На скільки змінилася внутрішня енергія газу, якщо поршень площею перерізу 200 см² перемістився на 30 см?
Дано:
Q = 150 кДж = 1,5·105 Дж
рt 1 = 727°C;T 1 = 1000 K;1 = рt 1 = 727°C;T 1 = 1000 K;2 = 2·107 Па
S = 200 см2 = 2·10-2 м2
h = 30 см = 0,3 м
Розв’язання:
З визначення ККД маємо:Оскільки р = const, то А = рΔV.
Зміна об’єму ΔV = Sh
Тоді з І ЗТД
.
η=
А к
/А в
, А к
= Nτ, А в
= mqТоді: η= (Т 2
-Т 1
)/Т 1
=Nτ/mq → mq(Т 1
-Т 2
)/Т 1
τN=(36•42•10 6
•627)/(10 3
•3600)=263•10 3
ΔU –?
Як змінився об’єм 150 г кисню при ізобарному нагріванні, якщо його внутрішня енергія збільшилася на 20 кДж? Початкові параметри газу: V1 = 5 л, t1 = 30 0С.
Дано:
т = 160 г
М = 32 г/моль
t1 = 30 0С
Т1 = 473 К
V1 = 5 л
ΔU2 = 2·104 Дж
Розв'язання: З визначення ККД маємо:
З рівняння Мендєлєєва
Тоді:
Отже, об’єм кисню збільшився на 3,2 л.η= А к /А в , А к = Nτ, А в = mqТоді: η= (Т 2 -Т 1 )/Т 1 =Nτ/mq → mq(Т 1 -Т 2 )/Т 1 τN=(36•42•10 6 •627)/(10 3 •3600)=263•10 3
ΔV – ?
Визначити зміну тиску двохатомного ідеального газу об’ємом 100 л, який ізохорно нагріли, передавши йому 50 кДж теплоти.
Дано: Vt 1 = 727°C;T 1 = 1000 K;1 = Vt 1 = 727°C;T 1 = 1000 K;2 = 1 л = 10-3 м3
і =5
Q = 50 кДж = 5·104 Дж
Розв’язання: З визначення ККД маємо: Оскільки V = const, то А = 0.
а із закону Шарля Δр
Δ Т.Враховуючи рівняння стану:
η=
А к
/А в
, А к
= Nτ, А в
= mqТоді: η= (Т 2
-Т 1
)/Т 1
=Nτ/mq → mq(Т 1
-Т 2
)/Т 1
τN=(36•42•10 6
•627)/(10 3
•3600)=263•10 3
Δр – ?
1 л повітря ізохорно нагріли від 10 0С до 100 0С. Як змінилась його внутрішня енергія? Яку роботу воно виконало? Яку кількість теплоти отримало?
|
|
|
