термодинамика законы

1. Законы термодинамики

Преподаватель Юридического колледжа
Валентина Владимировна Киреева

2.

РЕМОНТ
Фундаментальные
принципы
термодинамики первоначально были выражены
в трех законах. Позже ученые выяснили, что
одним
из
фундаментальных
законов
пренебрегли потому, что он казался настолько
очевидным, что его не нужно было излагать
явно. Первые три закона уже были хорошо
известны по номерам, и, чтобы избежать
путаницы физик Ральф Х. Фаулер, назвал
новый закон «Нулевым законом»

3.

РЕМОНТ
Нулевое начало термодинамики:
Если
две
термодинамические
системы
находятся
в
тепловом
равновесии с третьим, то они находятся
в тепловом равновесии друг с другом:
если A = B и C = B, то A = C.
Два тела не передают друг другу
теплоту, если их температуры равны

4.

РЕМОНТ
Первое начало термодинамики- это
закон сохранения и превращения
энергии.
Сформулирован Ю. Л. Майером
(1842 г.)
Подтвержден экспериментально
Дж. Джоулем (1843 г.)

5.

РЕМОНТ
Количество теплоты, переданное
системе, идет на изменение ее внутренней
энергии и совершение системой работы над
внешними телами:
• Q = ΔU +A
• ΔU = Q -A

6.

РЕМОНТ
Следствия
1. Внутренняя энергия изолированной системы не
изменяется:
ΔU =0
2.
Невозможно создание вечного двигателя
первого рода - машины, которая была бы
способна совершать работу без потребления
энергии извне, только за счёт убыли внутренней
энергии: A= -∆U.

7.

РЕМОНТ
В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки
на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания.

8.

РЕМОНТ
Первый закон термодинамики в
изопроцессах
1. Изотермический процесс ​(T=const, ΔU=0)​
Q=A
Физический смысл: Теплота Q, приобретенная
газом в процессе изотермического расширения,
превращается в работу, совершаемую над
внешними объектами. Изотермическое сжатие
приводит к преобразованию работы внешних сил,
произведенной над газом, в передающееся
окружающим телам тепло.

9.

РЕМОНТ
2. Изобарный процесс (Р – const):
Q=ΔU+A
Физический смысл: подводимое к
газу тепло идет на увеличение его
внутренней
энергии
и
на
совершение
газом
работы.
Например, расширение газа при его
нагревании
в
цилиндре
с
подвижным поршнем

10.

РЕМОНТ
3. Изохорный процесс: (V=const)
Q=ΔU
Физический
смысл:
внутренняя
энергия газа увеличивается за счет
подводимого тепла.
Газ в закрытом сосуде нагревается.
Поскольку объем не изменяется, А=0

11.

РЕМОНТ
4. Адиабатный процесс: ​ (Q=0)​
A=− ΔU
Физический смысл: работа совершается газом за
счет уменьшения внутренней энергии
В реальных условиях возможно осуществить :
• Провести процесс так быстро, чтобы теплообмен
не успел произойти;
• Полностью изолировать систему
от факторов внешней среды.

12.

РЕМОНТ
Второй закон термодинамики
определяет направление процессов.

13.

РЕМОНТ
Формулировка Р. Клаузиуса (1850г):
Невозможен переход теплоты от
более холодного тела к более горячему.
Этот научный факт и определяет единственно
возможное
направление
самопроизвольного
протекания тепловых процессов — они идут в
направлении к состоянию теплового равновесия.

14. В 1865 г Клаузиус ввел понятие энтропии S. Энтропия - термодинамическая функция, которая характеризует меру упорядоченности

РЕМОНТ
В 1865 г Клаузиус ввел понятие энтропии S.
Энтропия - термодинамическая функция,
которая характеризует меру упорядоченности
системы
или
меру
беспорядка.
В закрытых системах самопроизвольно
процессы идут в сторону увеличения энтропии;
в состоянии теплового равновесия энтропия
достигает
максимума.
Второй закон: в
закрытых
системах
самопроизвольно могут совершаться только
такие процессы, при которых энтропия системы
возрастает.
Энтропия вселенной стремится к максимуму

15.

РЕМОНТ
Энтропия возрастает при всех
процессах, вызываемых движением частиц:
испарение, плавление, растворение, диффузия,
расширение газа; возрастает при диссоциации
молекул.
При
упрочнении
связей
энтропия
уменьшается:
при
кристаллизации,
конденсации, сжижении газов.

16.

РЕМОНТ
Формулировка Кельвина (1851г):
невозможно
осуществить
такой
периодический процесс, единственным
результатом которого было бы получение
работы за счет теплоты, взятой от одного
источника.
Постулат Кельвина запрещает существование
теплового двигателя с КПД, равным единице.
Тепловой двигатель, целиком превращающий в работу
поступающее от нагревателя тепло, называется вечным
двигателем второго рода.

17.

РЕМОНТ
• Тепловые двигатели - машины,
преобразующие внутреннюю энергию в
механическую работу.
Тепловые
двигатели
Двигатели
внутреннего
сгорания
Карбюраторные
(внешнее
смесеобразование)
Паровые
двигатели
Дизельные
(внешнее
смесеобразование)
Турбины
Паровые
Газовые

18.

РЕМОНТ
Первое известное устройство, приводимое в
движение паром, было описано ещё в первом
столетии Героном Александрийским. Пар,
выходящий по касательной из дюз, закреплённых
на шаре, заставлял последний вращаться.

19.

РЕМОНТ
Механическая работа в тепловых двигателях
производится в процессе расширения некоторого
вещества, которое называется рабочим телом. В
качестве рабочего тела обычно используются
газообразные вещества (пары бензина, воздух,
водяной пар). Рабочее тело получает тепловую
энергию от нагревателя и отдает ее холодильнику
(атмосфера или вода при температуре окружающей
среды).
Эти
тела
называются
тепловыми
резервуарами. Реально существующие тепловые
двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего
сгорания и т.д.) работают циклически.

20.

РЕМОНТ
КПД тепловой машины может быть рассчитан по формуле: