ㅏ 열역학 제2법칙 어떤 조건이 있는지를 나타냅니다. 열 열기관과 냉장고에서 일로 전환된다. 또한 다음의 정의를 다룹니다. 엔트로피 물리적 시스템에서 입자의 해체를 측정할 수 있는 현상으로.
읽기: 열량계 — 열교환을 연구하는 물리학의 한 분야
열역학 제2법칙 요약
열역학 제2법칙은 Clausius 및 Kelvin-Planck 진술로 표현됩니다.
Clausius 진술은 더 뜨거운 몸체에서 더 차가운 몸체로의 열 흐름을 다룹니다.
Kelvin-Planck 진술은 열 장치가 모든 열을 일하다.
열역학 제2법칙은 열기관과 냉장고에 적용됩니다.
카르노 사이클은 열기관에서 얻을 수 있는 최대 효율 사이클입니다.
카르노 주기에는 가역 등온 팽창, 가역 단열 팽창, 가역 등온 압축 및 가역 단열 압축의 4단계가 있습니다.
Carnot의 정리는 다음의 수율을 나타냅니다. 카르노 기계.
열역학 제2법칙이란?
열역학 제2법칙은 열역학적 과정에서 발생하는 제약을 다루는 법칙. 물리학자 루돌프 클라우지우스(1822-1888), 켈빈 경(1824-1907), 막스 플랑크(1858-1947)에 의해 다음과 같이 선언되었습니다.
물리학자이자 수학자인 Rudolf Clausius는 열의 전도 흐름이 고온체에서 저온체로 발생한다고 말했습니다. 온도가 낮기 때문에 역과정이 일어나는 것은 자연스럽지 않으므로 이에 대한 작업을 수행해야 합니다. 체계. 그것으로 그는 다음과 같이 말했습니다.
더 차가운 몸체에서 더 뜨거운 몸체로 열을 전달하는 효과만 있는 프로세스를 수행하는 것은 불가능합니다.|1|
Lord Kelvin으로 알려진 수학 물리학자 William Thomson은 물리학자 Max Planck의 공헌과 함께 효율이 100%인 열 장치는 불가능하다고 언급했습니다., 항상 열 손실이 있기 때문입니다.
열역학 제2법칙의 응용
열역학 제2법칙은 열기관과 냉장고에 적용됩니다.
기계의 열역학 제2법칙 열의
로 열 기계 열을 일로 바꿀 수 있다. 열원은 열 엔진에 열을 공급하여 열 엔진을 작동시킵니다. 아래 이미지와 같이 차가운 소스로 보내는 나머지 열:
열 기계의 몇 가지 예는 제트기, 연소 엔진, 열핵 원자로의 증기 및 등유 터빈입니다.
냉장고의 열역학 제2법칙
냉장고는 다음을 수행하는 기계입니다. 그들은 엔진을 가열하는 것과 반대 방식으로 작동합니다., 그들은 다음과 같은 영역에서 열을 제거합니다. 온도 온도를 낮춰 온도가 높은 지역에 공급합니다. 이는 자연스러운 현상이 아니기 때문에 아래 이미지와 같이 기계가 전기 에너지를 사용하여 작업을 수행해야 합니다.
냉장고의 예로는 냉장고와 에어컨이 있습니다.
엔트로피와 열역학 제2법칙
ㅏ 열역학 제2법칙은 엔트로피의 존재를 제안합니다., 하나 물리량 물리적 시스템에서 입자의 해체 정도 또는 비가역성의 정도를 측정하는 책임이 있습니다. 열기관과 관련된 열역학적 과정으로 자발적이고 불가피하며 비가역적이며 널찍한. 이를 통해 프로세스의 변동성 정도를 관찰하고 억제하는 것만 가능합니다. 엔트로피가 증가하면 시스템의 무질서도도 증가합니다.
ㅏ 엔트로피 명명법은 그리스어에서 유래되었으며 "변환"을 의미합니다., "변경", 따라서 물리적 무작위성과 무질서를 나타냅니다. 엔트로피는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) 는 [J/K] 단위로 측정된 엔트로피 변화입니다.
\(∆U\) 줄[J] 단위로 측정된 내부 에너지의 변화입니다.
T는 켈빈[K] 단위로 측정한 온도입니다.
통계적 관점에서 엔트로피는 다음 공식으로 계산됩니다.
\(S=k\cdot ln\ Ω\)
S는 [J/K] 단위로 측정되는 엔트로피입니다.
k는 Boltzmann 상수이며, 가치가 있습니다. \(1,4\cdot 10^{-23}\ J/K\).
Ω은 시스템의 가능한 마이크로 상태의 수입니다.
읽기: 열 전파 과정
열역학 제2법칙의 공식
열 기계 및 냉장고
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) 줄[J] 단위로 측정된 열원의 열입니다.
W는 줄[J] 단위로 측정된 열기관이 한 일입니다.
\(Q_F\) 줄[J] 단위로 측정된 냉원의 열입니다.
다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
\(W=Q_Q-Q_F\)
W는 줄[J] 단위로 측정된 열기관이 한 일입니다.
\(Q_Q\) 줄[J] 단위로 측정된 열원의 열입니다.
\(Q_F\) 줄[J] 단위로 측정된 냉원의 열입니다.
냉장고
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) 냉장고의 효율입니다.
\(Q_F\) 줄[J] 단위로 측정된 냉원의 열입니다.
\(Q_Q\) 줄[J] 단위로 측정된 열원의 열입니다.
다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) 냉장고의 효율입니다.
\(Q_F\) 줄[J] 단위로 측정된 냉원의 열입니다.
W는 줄[J] 단위로 측정된 열기관이 한 일입니다.
예 공식 적용
예 1: 열원에서 500J의 열을 받고 냉원으로 400J의 열만 전달하는 주기 동안 열기관이 수행하는 작업을 계산하십시오.
열 엔진의 작업을 계산하기 위해 다음 공식을 사용합니다.
\(W=Q_Q-Q_F\)
진술에 표시된 값을 대체하십시오.
\(W=500-400\)
\(W=100\J\)
열기관의 일은 100줄이었다.
예 2: 열원에서 150J의 열을 받고 냉원으로 50J의 열을 전달하는 냉장고의 효율은 얼마입니까?
냉장고의 효율성을 계산하기 위해 다음 공식을 사용합니다.
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
진술에 주어진 값을 대체하면 다음을 얻습니다.
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
수율을 100%로 곱하면:
\(η=0.5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
냉장고의 효율은 50%입니다.
카르노 사이클
카르노 사이클은 과학자 Sadi Carnot(1796-1832)이 개발했습니다., 뜨거운 소스와 차가운 소스 사이에서 작동하는 열 엔진이 도달할 수 있는 최대 효율을 식별하는 것을 목표로 합니다.
그의 연구를 바탕으로 Carnot은 열기관에서 최대 효율을 얻기 위해서는 그의 공정이 가역적이기 위해 필요하므로 그는 최대 수율 사이클을 개발했습니다. 카르노와 이를 통해 작동하는 열기관을 Carnot 열기관이라고 합니다.. 카르노 사이클은 가역적이기 때문에 역전될 수 있으며, 이것이 냉장고가 개발된 방식입니다.
카르노 사이클은 사용된 물질에 관계없이 아래 이미지에서 볼 수 있는 것처럼 부피별 압력(p×V) 그래프에 설명된 네 가지 프로세스로 구성됩니다.
1차 공정, 1번 → 2번 지점에서: 가역적 등온 팽창(온도가 일정하게 유지되는 과정)이 있는데, 여기서 가스(또는 시스템)는 작동하고 뜨거운 소스에서 일정량의 열을 얻습니다.
2차 공정, 2번 → 3번 지점에서: 열 교환이 없는 가역적 단열 팽창(외부 환경과 열 교환이 있는 과정)이 있습니다. 열원으로 가열하지만 가스는 작동하고 내부 에너지가 감소하여 온도.
3차 공정, 3번 → 4번 지점에서: 가역적인 등온 압축이 발생하여 가스가 일을 받고 열을 차가운 소스에 내보냅니다.
4번째 공정, 4번 → 1번에서: 가역 단열 압축이 발생하여 열원과의 열 교환이 일어나지 않고 가스가 열원의 온도에 도달할 때까지 가열하여 접촉하게 하면 주기.
열역학 법칙
열역학 법칙은 전체 연구를 지배하는 네 가지 법칙입니다. 열역학, 부피, 온도 및 압력과 열 및 에너지와 같은 기타 물리량 사이의 관계를 연구합니다.
열역학 제0법칙: 의 법칙이다 열 균형, 온도가 다른 물체 사이의 열 교환을 연구합니다.
열역학 제1법칙: 열역학 시스템에서 에너지 보존 법칙이며 열이 일 및/또는 내부 에너지로 변환되는 것을 연구합니다.
열역학 제2법칙: 열기관, 냉장고, 엔트로피를 다루는 법칙이다.
열역학 제3법칙: 의 법칙이다 절대 영도, 그녀는 이 온도의 영향을 연구합니다.
너무 읽기: 열기관의 성능
열역학 제2법칙 풀이 연습
질문 1 저온원의 온도가 450K이고 효율이 80%라는 것을 알고 Carnot 기관의 고온원의 온도를 결정하십시오.
가) 2250K
b) 450K
씨) 1500K
d) 900K
전자) 3640K
해결:
대안 A. Carnot 엔진의 효율 공식을 기반으로 핫 소스의 온도를 계산합니다.
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ 케이\)
질문 2 (Cefet-PR) 열역학의 두 번째 원리는 다음과 같이 말할 수 있습니다. “기계를 만드는 것은 불가능합니다. 주기로 작동하는 열 에너지로, 유일한 효과는 소스에서 열을 제거하고 통합적으로 변환하는 것입니다. 일하다". 더 나아가 이 원칙은 다음과 같은 결론을 내리게 합니다.
a) 효율성이 100%인 열 기계를 만드는 것은 항상 가능합니다.
b) 모든 열 엔진에는 하나의 열원만 필요합니다.
c) 열과 일은 균질량이 아니다.
d) 모든 열 엔진은 뜨거운 소스에서 열을 끌어와 그 열의 일부를 차가운 소스로 방출합니다.
e) 항상 0 °C로 유지되는 차가운 소스를 사용하는 경우에만 특정 열 엔진이 열을 완전히 일로 변환하는 것이 가능합니다.
해결:
대안 D. 이 원리는 열원에서 열을 모두 제거하여 냉원으로 옮기는 것이 불가능함을 알려줍니다.
메모
|1| 기본 물리학 과정: 유체, 진동 및 파동, 열(vol. 2).
파멜라 라파엘라 멜로
물리학 교사
원천: 브라질 학교 - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/segunda-lei-da-termodinamica.htm
