Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
теплоемкостью при
A Q = A U + А .
(2.2.8)
Cr=\vR.
(2.2.9)
114
Элементы термодинамики
постоянном давлении Ср, равна:
С =-vR+vR = -vR . р -> ->
2
2
(2.2.10)
Теплоемкость газа в изобарном процессе превышает его теплоемкость в
изохорном процессе на величину работы расширения. Для одного моля
идеального газа разность этих теплоемкостей равна универсальной газовой
постоянной R.
При адиабатическом процессе первый закон термодинамики принимает вид: А =
- A U . В отсутствие теплообмена с внешней средой работа, которую
совершает газ против внешнего давления, происходит за счет убыли его
внутренней энергии. Адиабатически расширяющийся идеальный газ
охлаждается.
Необратимость процессов в природе. В термодинамике большую роль играет
понятие обратимого процесса. Обратимым процессом называется такое
изменение состояния термодинамической системы, которое, будучи проведено
в обратном направлении, возвращает ее в исходное состояние так, чтобы
система прошла через те же промежуточные состояния, что и в прямом
процессе, но обратной последовательности, а состояние всех тел вне
системы, с которыми она взаимодействовала, осталось в итоге неизменным.
Важно, что при совершении обратимого процесса сначала в прямом, а затем в
обратном направлении в исходное состояние возвращается не только система,
но все внешние тела, взаимодействовавшие с системой. Необходимым и
достаточным условием обратимости термодинамического процесса является его
равновесность.
Равновесный процесс - это идеализированный процесс, при проведении
которого в каждый момент не нарушается равновесие термодинамической
системы. Он может быть представлен как непрерывная последовательность
равновесных состояний. Это означает, что процесс должен быть медленным по
сравнению с процессами установления термодинамического равновесия в
системе. Строго говоря, только бесконечно медленные процессы являются
равновесными.
Все реальные термодинамические процессы протекают с конечной
Определения, попятил и законы
115
скоростью и поэтому являются неравновесными. Они сопровождаются трением,
диффузией и теплообменом с внешней средой при конечной разности
температур системы и внешней среды. Следовательно, все реальные процессы
необратимы.
Второй закон термодинамики. Многочисленные наблюдения позволили
установить, что тепловым процессам присуща определенная направленность,
которая не вытекает из первого закона термодинамики. Например, в
результате теплообмена между по-разному нагретыми телами всегда
происходит выравнивание их температур, хотя с точки зрения первого закона
термодинамики одинаково возможен как переход теплоты от более нагретого
тела к менее нагретому, так и обратный переход. Первый закон
термодинамики формально допускает создание вечного двигателя второго
рода. Так называется двигатель, в котором рабочее тело, совершая круговой
процесс, получает энергию в форме теплоты от одного внешнего тела и
целиком передает ее в форме работы другому внешнему телу.
Невозможность создания вечного двигателя второго рода является
утверждением, вытекающим из обобщения многочисленных опытов. Оно
называется вторым законом термодинамики и имеет несколько эквивалентных
формулировок. Приведем одну из них:
Невозможен периодический процесс, единственным результатом которого
является превращение всей теплоты, полученной от нагревателя, в
эквивалентную ей работу.
Второй закон термодинамики указывает на необратимость процесса
превращения работы в теплоту. В формулировке этого закона особое значение
имеют слова "единственным результатом". Запреты, которые накладываются
вторым законом термодинамики, снимаются, если процессы, о которых идет
речь, не являются единственными. Например, передача тепла от менее
нагретого тела более нагретому возможна, если при этом происходит как
минимум еще один процесс (в холодильной установке.
Физические основы работы тепловых двигателей. КПД теплового двигателя и
его максимальное значение. Тепловым дви-
116
Элементы термодинамики
гателем называется устройство, которое превращает внутреннюю энергию
топлива в механическую энергию. Энергия, которая выделяется при сгорании
топлива, передается путем теплообмена рабочему телу (обычно газу). При
расширении рабочего тела совершается работа против внешних сил и
приводится в движение соответствующий механизм.
Основой тепловых двигателей являются круговые процессы. Круговым
процессом, или циклом называется термодинамический процесс, в результате
которого рабочее тело (возвращается в исходное состояние. На диаграммах
состояния (pV~, рТ~, КГ-диаграммах) циклические процессы изображаются в
виде замкнутых кривых.
Работа против внешнего давления, которую совершает рабочее тело в
произвольном круговом процессе, измеряется площадью, ограниченной кривой
этого процесса на р V- диаграмме. Прямым циклом называется круговой
процесс, в котором рабочее тело совершает положительную работу за счет
сообщенной ему теплоты. На pV- диаграмме прямой цикл изображается
