A antrasis termodinamikos dėsnis diktuoja, kokios sąlygos egzistuoja karštis paversti darbu šiluminiuose varikliuose ir šaldytuvuose. Jame taip pat aptariamas apibrėžimas entropija kaip reiškinys, galintis išmatuoti dalelių dezorganizaciją fizikinėse sistemose.
Taip pat skaitykite: Kalorimetrija – fizikos šaka, tirianti šilumos mainus
Šio straipsnio temos
- 1 – antrojo termodinamikos dėsnio santrauka
- 2 – Kas yra antrasis termodinamikos dėsnis?
-
3 - Antrojo termodinamikos dėsnio taikymai
- Antrasis termodinamikos dėsnis šiluminiuose varikliuose
- Antrasis šaldytuvų termodinamikos dėsnis
- 4 – Entropija ir antrasis termodinamikos dėsnis
-
5 – antrojo termodinamikos dėsnio formulės
- Šiluminės mašinos ir šaldytuvai
- Šaldytuvai
- Formulių taikymo pavyzdžiai
- 6 - Carnot ciklas
- 7 - Termodinamikos dėsniai
- 8 - Spręsti antrojo termodinamikos dėsnio pratimai
Antrojo termodinamikos dėsnio santrauka
Antrąjį termodinamikos dėsnį reprezentuoja Clausius ir Kelvin-Planck teiginiai.
Clausius teiginys susijęs su šilumos srautu iš karštesnio kūno į šaltesnį.
Kelvino-Plancko teiginys skirtas šiluminių prietaisų nesugebėjimui paversti visos šilumos į dirbti.
Antrasis termodinamikos dėsnis taikomas šiluminiams varikliams ir šaldytuvams.
Carnot ciklas yra maksimalaus efektyvumo ciklas, kurį pasiekia šiluminiai varikliai.
Carnot ciklas turi keturis etapus: grįžtamasis izoterminis plėtimasis, grįžtamasis adiabatinis plėtimasis, grįžtamasis izoterminis suspaudimas ir grįžtamasis adiabatinis suspaudimas.
Carnot teorema nurodo išeigą Carnot mašinos.
Kas yra antrasis termodinamikos dėsnis?
Antrasis termodinamikos dėsnis yra a dėsnis, sprendžiantis apribojimus, atsirandančius termodinaminiuose procesuose. Tai išsakė fizikai Rudolfas Clausius (1822-1888), Lordas Kelvinas (1824-1907) ir Maxas Planckas (1858-1947), kaip matysime toliau:
Fizikas ir matematikas Rudolfas Clausius teigė, kad šilumos laidumo srautas vyksta iš aukštesnės temperatūros kūno į žemesnės temperatūros kūną. žemesnė temperatūra, todėl nėra natūralu, kad vyksta atvirkštinis procesas, todėl būtina atlikti šiuos darbus sistema. Tuo jis pareiškė:
Neįmanoma atlikti proceso, kurio vienintelis poveikis yra šilumos perdavimas iš šaltesnio kūno į karštesnį.|1|
Matematikas fizikas Williamas Thomsonas, žinomas kaip lordas Kelvinas, kartu su fiziko Maxo Plancko indėliu, pareiškė, kad šiluminių prietaisų, kurių efektyvumas 100 proc., nes visada bus šilumos nuostolių.
Nesustok dabar... Po viešumos dar daugiau ;)
Antrojo termodinamikos dėsnio taikymai
Antrasis termodinamikos dėsnis taikomas šiluminiams varikliams ir šaldytuvams.
Antrasis termodinamikos dėsnis mašinose terminis
Į Šiluminės mašinos geba šilumą paversti darbu. Karštas šaltinis tiekia šilumą šilumos varikliui, o tai paverčia ją darbu. Likusią šilumos dalį jis siunčia į šalčio šaltinį, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau:
Kai kurie šiluminių mašinų pavyzdžiai: garo ir žibalo turbinos reaktyviniuose lėktuvuose, vidaus degimo varikliai, termobranduoliniai reaktoriai.
Antrasis šaldytuvų termodinamikos dėsnis
Šaldytuvai yra mašinos, kurios Jie veikia priešingai nei šildomi varikliai., kur jie pašalina šilumą iš regiono su temperatūros žemesnę temperatūrą ir tiekti ją į aukštesnės temperatūros regioną. Kadangi tai nėra natūralu, mašina turi atlikti darbus naudodama elektros energiją, kaip aprašyta paveikslėlyje žemiau:
Kai kurie šaldytuvų pavyzdžiai yra šaldytuvai ir oro kondicionieriai.
Entropija ir antrasis termodinamikos dėsnis
A Antrasis termodinamikos dėsnis siūlo entropijos egzistavimą, vienas fizinis kiekis atsakingas už dalelių dezorganizacijos laipsnio fizinėje sistemoje arba negrįžtamumo laipsnio matavimą. termodinaminiai procesai, susiję su šilumos varikliais, būdami spontaniški, neišvengiami, negrįžtami ir platus. Taip galima tik stebėti ir suvaldyti procesų nepastovumo laipsnį. Didėjant entropijai, didėja ir sistemos sutrikimo laipsnis.
A Entropijos nomenklatūra yra graikų kilmės ir reiškia „transformacija“., „pakeisti“, taigi naudojamas Fizinis atsitiktinumui ir netvarkai nurodyti. Entropiją galima apskaičiuoti pagal formulę:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) yra entropijos pokytis, matuojamas [J/K].
\(∆U\) yra vidinės energijos pokytis, matuojamas džauliais [J].
T yra temperatūra, matuojama kelvinais [K].
Statistiniu požiūriu entropija apskaičiuojama pagal formulę:
\(S=k\cdot ln\ Ω\)
S yra entropija, matuojama [J/K].
k yra Boltzmanno konstanta, ji verta \(1,4\cdot 10^{-23}\ J/K\).
Ω yra galimų sistemos mikrobūsenų skaičius.
Taip pat skaitykite: Šilumos sklidimo procesai
Antrojo termodinamikos dėsnio formulės
Šiluminės mašinos ir šaldytuvai
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) yra karšto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
W yra šiluminio variklio atliktas darbas, matuojamas džauliais [J].
\(Q_F\) yra šalto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
Jį gali pavaizduoti:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W yra šiluminio variklio atliktas darbas, matuojamas džauliais [J].
\(Q_Q\) yra karšto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
\(Q_F\) yra šalto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
Šaldytuvai
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) yra šaldytuvo efektyvumas.
\(Q_F\) yra šalto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
\(Q_Q\) yra karšto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
Jis gali būti pavaizduotas taip:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) yra šaldytuvo efektyvumas.
\(Q_F\) yra šalto šaltinio šiluma, matuojama džauliais [J].
W yra šiluminio variklio atliktas darbas, matuojamas džauliais [J].
Pavyzdžiai formulių taikymas
1 pavyzdys: Apskaičiuokite darbą, kurį atlieka šilumos variklis per ciklą, kuris gauna 500 J šilumos iš karšto šaltinio ir perduoda tik 400 J šilumos šaltajam.
Norėdami apskaičiuoti šilumos variklio darbą, naudosime formulę:
\(W=Q_Q-Q_F\)
Pakeičiant pareiškime nurodytas vertes:
\(W=500–400\)
\(W=100\J\)
Šilumos variklio darbas buvo 100 džaulių.
2 pavyzdys: Koks yra šaldytuvo, kuris gauna 150 J šilumos iš karšto šaltinio ir perduoda 50 J šilumos šaltiniui, naudingumo koeficientas?
Norėdami apskaičiuoti šaldytuvo efektyvumą, naudosime formulę:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
Pakeitę teiginyje pateiktas reikšmes, gauname:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
Padauginus išeigą iš 100 %:
\(η=0,5\cdot100 %\)
\(η=50\%\)
Šaldytuvo efektyvumas yra 50%.
Carnot ciklas
Carnot ciklas buvo sukūrė mokslininkas Sadi Carnot (1796-1832), siekiant nustatyti maksimalų efektyvumą, kurį gali pasiekti šiluminis variklis, veikiantis tarp karšto ir šalto šaltinio.
Remdamasis savo tyrimais, Carnot nustatė, kad norint gauti maksimalų šilumos variklio efektyvumą, tai yra būtinas, kad jo procesas būtų grįžtamas, todėl jis sukūrė didžiausio derlingumo ciklą, vadinamą ciklu Carnot ir Per jį veikiantis šilumos variklis vadinamas Carnot šilumos varikliu.. Kadangi Carnot ciklas yra grįžtamas, jį galima pakeisti, taip buvo sukurti šaldytuvai.
Carnot ciklas, nepriklausomai nuo naudojamos medžiagos, susideda iš keturių procesų, aprašytų slėgio pagal tūrį diagramoje (p × V), kaip matome toliau pateiktame paveikslėlyje:
1 procesas, nuo 1 punkto → 2: vyksta grįžtamasis izoterminis plėtimasis (procesas, kurio metu temperatūra išlieka pastovi), kurio metu dujos (arba sistema) veikia ir įgauna tam tikrą šilumos kiekį iš karšto šaltinio.
2-as procesas, nuo 2 punkto → 3: yra grįžtamasis adiabatinis plėtimasis (procesas, kurio metu vyksta šilumos mainai su išorine aplinka), kurio metu šilumos mainai nevyksta šilumą naudojant šiluminius šaltinius, tačiau dujos veikia ir sumažėja jų vidinė energija, todėl mažėja temperatūros.
3 procesas, nuo 3 punkto → 4: atsiranda grįžtamasis izoterminis suspaudimas, kurio metu dujos gauna darbą ir atiduoda tam tikrą šilumos kiekį šalčio šaltiniui.
4-as procesas, nuo 4 punkto → 1: atsiranda grįžtamasis adibatinis suspaudimas, kurio metu nevyksta šilumos mainai su šilumos šaltiniais ir dujos kaitinama tol, kol pasieks karšto šaltinio temperatūrą, ir tokiu būdu susiliečia su juo, baigiant ciklas.
termodinamikos dėsniai
Termodinamikos dėsniai yra keturi dėsniai, valdantys visą tyrimą termodinamika, tirti ryšius tarp tūrio, temperatūros ir slėgio bei kitų fizikinių dydžių, tokių kaip šiluma ir energija.
Nulinis termodinamikos dėsnis: yra įstatymas šiluminis balansas, jis tiria šilumos mainus tarp skirtingų temperatūrų kūnų.
pirmasis termodinamikos dėsnis: yra energijos tvermės termodinaminėse sistemose dėsnis, jis tiria šilumos pavertimą darbo ir/ar vidine energija.
Antrasis termodinamikos dėsnis: Tai įstatymas, susijęs su šilumos varikliais, šaldytuvais ir entropija.
Trečiasis termodinamikos dėsnis: yra įstatymas absoliutus nulis, ji tiria šios temperatūros poveikį.
Taip pat skaitykite: Šilumos variklių našumas
Išsprendė antrojo termodinamikos dėsnio pratimus
Klausimas 1 Nustatykite Carnot variklio karšto šaltinio temperatūrą, žinodami, kad šaltojo šaltinio temperatūra yra 450 K, o efektyvumas – 80%.
a) 2250 tūkst
b) 450 tūkst
c) 1500 tūkst
d) 900 tūkst
e) 3640 tūkst
Rezoliucija:
Alternatyva A. Karšto šaltinio temperatūrą apskaičiuosime pagal Carnot variklio efektyvumo formulę:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1–\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ K\)
2 klausimas (Cefet-PR) Antrąjį termodinamikos principą galima teigti taip: „Neįmanoma sukurti mašinos šiluminė energija, veikianti ciklais, kurios vienintelis poveikis yra pašalinti šilumą iš šaltinio ir integruoti ją į darbas". Be to, šis principas leidžia daryti išvadą, kad:
a) Visada galima pastatyti šilumines mašinas, kurių efektyvumas yra 100%.
b) bet kuriam šiluminiam varikliui reikia tik vieno šilumos šaltinio.
c) šiluma ir darbas nėra vienarūšiai dydžiai.
d) bet kuris šilumos variklis ima šilumą iš karšto šaltinio ir dalį tos šilumos atmeta į šaltą šaltinį.
e) tik esant šaltam šaltiniui, kuris visada palaikomas 0 °C temperatūroje, tam tikras šilumos variklis galėtų šilumą visiškai paversti darbu.
Rezoliucija:
Alternatyva D. Šis principas informuoja, kad neįmanoma pašalinti visos šilumos iš karšto šaltinio ir perduoti ją šaltajam.
Pastaba
|1| Pagrindinis fizikos kursas: skysčiai, virpesiai ir bangos, šiluma (t. 2).
Pamella Raphaella Melo
Fizikos mokytojas
Sistemos entropija yra ne kas kita, kaip jos dezorganizacijos laipsnio matas. Antrąjį dėsnį galima suformuluoti iš entropijos sampratos.
Atraskite įspūdingą šiluminių variklių istoriją ir pagrindinius jų naudojimo būdus.
Ar žinote, kas yra šiluminės mašinos, termodinaminiai ciklai ir efektyvumas? Sužinokite daugiau apie šias svarbias termodinamikos sąvokas.
Pasiekite tekstą ir sužinokite Pirmojo termodinamikos dėsnio apibrėžimą, pažiūrėkite, kokias formules naudoja šis dėsnis, ir peržiūrėkite išspręstus pratimus šia tema.
Izoterminė, izovolumetrinė ir adiabatinė transformacija. Susipažinkite su jais!
Ar žinote, kas yra termodinamika? Pasiekite tekstą, kad sužinotumėte, kurios yra svarbiausios temos sąvokos, sužinokite apie termodinamikos dėsnius.
