A otrais termodinamikas likums nosaka, kādi nosacījumi pastāv karstums pārveidot par darbu siltumdzinējos un ledusskapjos. Tas attiecas arī uz definīciju entropija kā parādība, kas spēj izmērīt daļiņu dezorganizāciju fiziskajās sistēmās.
Izlasi arī: Kalorimetrija - fizikas nozare, kas pēta siltuma apmaiņu
Šī raksta tēmas
- 1 - Otrā termodinamikas likuma kopsavilkums
- 2 - Kāds ir otrais termodinamikas likums?
-
3 - Otrā termodinamikas likuma pielietojumi
- Otrais termodinamikas likums siltumdzinējos
- Otrais termodinamikas likums ledusskapjos
- 4 - Entropija un otrais termodinamikas likums
-
5 - termodinamikas otrā likuma formulas
- Termiskās iekārtas un ledusskapji
- Ledusskapji
- Formulu pielietojuma piemēri
- 6 - Carnot cikls
- 7 - Termodinamikas likumi
- 8 - Atrisināti uzdevumi par otro termodinamikas likumu
Kopsavilkums par otro termodinamikas likumu
Otro termodinamikas likumu attēlo Klausiusa un Kelvina-Planka apgalvojumi.
Clausius apgalvojums attiecas uz siltuma plūsmu no karstāka ķermeņa uz aukstāku ķermeni.
Kelvina-Planka paziņojums attiecas uz termisko ierīču nespēju pārvērst visu savu siltumu par strādāt.
Otrais termodinamikas likums tiek piemērots siltumdzinējiem un ledusskapjiem.
Carnot cikls ir maksimālās efektivitātes cikls, ko iegūst siltumdzinēji.
Karno ciklam ir četri posmi: atgriezeniskā izotermiskā izplešanās, atgriezeniskā adiabātiskā izplešanās, atgriezeniskā izotermiskā saspiešana un atgriezeniskā adiabātiskā saspiešana.
Karno teorēma attiecas uz ienesīgumu Carnot mašīnas.
Kāds ir otrais termodinamikas likums?
Otrais termodinamikas likums ir a likums, kas attiecas uz ierobežojumiem, kas rodas termodinamiskajos procesos. To izteica fiziķi Rūdolfs Klausiuss (1822-1888), Lords Kelvins (1824-1907) un Makss Planks (1858-1947), kā mēs redzēsim tālāk:
Fiziķis un matemātiķis Rūdolfs Klausiuss apgalvoja, ka siltuma vadīšanas plūsma notiek no augstākas temperatūras ķermeņa uz zemākas temperatūras ķermeni. zemāka temperatūra, tāpēc nav dabiski, ka notiek apgriezts process, tāpēc ir nepieciešams veikt darbu pie šī sistēma. Ar to viņš paziņoja:
Nav iespējams veikt procesu, kura vienīgais efekts ir siltuma pārnešana no aukstāka ķermeņa uz karstāku ķermeni.|1|
Matemātikas fiziķis Viljams Tomsons, pazīstams kā Lords Kelvins, kopā ar fiziķa Maksa Planka ieguldījumu, norādīja, ka nav iespējams izveidot termiskās ierīces ar 100% efektivitāti, jo vienmēr būs siltuma zudumi.
Nepārtrauciet tagad... Pēc publicitātes ir vēl kas ;)
Termodinamikas otrā likuma pielietojumi
Otrais termodinamikas likums tiek piemērots siltumdzinējiem un ledusskapjiem.
Otrais termodinamikas likums mašīnās termiskais
Uz Termiskās mašīnas spēj pārvērst siltumu darbā. Karsts avots piegādā siltumu siltuma dzinējam, kas to pārvērš darbā. Pārējo siltumu, ko tas nosūta uz aukstuma avotu, kā parādīts zemāk esošajā attēlā:
Daži termomašīnu piemēri ir: tvaika un petrolejas turbīnas reaktīvo lidmašīnās, iekšdedzes dzinēji, kodoltermiskie reaktori.
Otrais termodinamikas likums ledusskapjos
Ledusskapji ir mašīnas, kas Tie darbojas pretēji dzinēju sildīšanai., kur tie noņem siltumu no reģiona ar temperatūra zemāku temperatūru un nogādājiet to reģionā ar augstāku temperatūru. Tā kā tas nav dabiski, iekārtai ir nepieciešams veikt darbu, izmantojot elektrisko enerģiju, kā aprakstīts attēlā zemāk:
Daži ledusskapju piemēri ir ledusskapji un gaisa kondicionieri.
Entropija un otrais termodinamikas likums
A Otrais termodinamikas likums ierosina entropijas esamību, viens fiziskais daudzums atbildīgs par daļiņu dezorganizācijas pakāpes noteikšanu fiziskajā sistēmā vai neatgriezeniskuma pakāpi. termodinamiskie procesi, kas saistīti ar siltumdzinējiem, kas ir spontāni, neizbēgami, neatgriezeniski un ekspansīvs. Ar to ir iespējams tikai novērot un ierobežot procesu nepastāvības pakāpi. Palielinoties entropijai, palielinās arī nekārtības pakāpe sistēmā.
A Entropijas nomenklatūra ir grieķu izcelsmes un nozīmē "pārveidošana"., “mainīt”, tādējādi tiek izmantots Fiziskā lai norādītu uz nejaušību un nekārtību. Entropiju var aprēķināt, izmantojot formulu:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) ir entropijas izmaiņas, ko mēra [J/K].
\(∆U\) ir iekšējās enerģijas izmaiņas, ko mēra džoulos [J].
T ir temperatūra, ko mēra Kelvinos [K].
No statistikas viedokļa entropiju aprēķina pēc formulas:
\(S=k\cdot ln\ Ω\)
S ir entropija, ko mēra [J/K].
k ir Bolcmana konstante, tā ir tā vērta \(1,4\cdot 10^{-23}\ J/K\).
Ω ir sistēmas iespējamo mikrostāvokļu skaits.
Izlasi arī: Siltuma izplatīšanās procesi
Termodinamikas otrā likuma formulas
Termiskās iekārtas un ledusskapji
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) ir karstā avota siltums, ko mēra džoulos [J].
W ir siltumdzinēja darbs, ko mēra džoulos [J].
\(Q_F\) ir aukstuma avota siltums, ko mēra džoulos [J].
To var pārstāvēt:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W ir siltumdzinēja darbs, ko mēra džoulos [J].
\(Q_Q\) ir karstā avota siltums, ko mēra džoulos [J].
\(Q_F\) ir aukstuma avota siltums, ko mēra džoulos [J].
Ledusskapji
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) ir ledusskapja efektivitāte.
\(Q_F\) ir aukstuma avota siltums, ko mēra džoulos [J].
\(Q_Q\) ir karstā avota siltums, ko mēra džoulos [J].
To var attēlot šādi:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) ir ledusskapja efektivitāte.
\(Q_F\) ir aukstuma avota siltums, ko mēra džoulos [J].
W ir siltumdzinēja darbs, ko mēra džoulos [J].
Piemēri formulu piemērošana
1. piemērs: Aprēķiniet darbu, ko veic siltuma dzinējs cikla laikā, kas saņem 500 J siltuma no karstā avota un nodod tikai 400 J siltuma uz auksto avotu.
Lai aprēķinātu siltumdzinēja darbu, mēs izmantosim formulu:
\(W=Q_Q-Q_F\)
Aizstājot paziņojumā norādītās vērtības:
\(W=500-400\)
\(W=100\J\)
Siltuma dzinēja darbs bija 100 džouli.
2. piemērs: Kāda ir ledusskapja efektivitāte, kas saņem 150 J siltuma no karstā avota un nodod 50 J siltuma uz aukstuma avotu?
Lai aprēķinātu ledusskapja efektivitāti, mēs izmantosim formulu:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
Aizstājot paziņojumā norādītās vērtības, mēs iegūstam:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
Ienākumu reizinot ar 100%:
\(η=0,5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
Ledusskapim ir 50% efektivitāte.
Carnot cikls
Carnot cikls bija izstrādājis zinātnieks Sadi Carnot (1796-1832), ar mērķi noteikt maksimālo efektivitāti, ko var sasniegt termiskais dzinējs, kas darbojas starp karsto avotu un aukstuma avotu.
Pamatojoties uz saviem pētījumiem, Carnot konstatēja, ka, lai iegūtu maksimālu efektivitāti no siltumdzinēja, tas tā ir nepieciešams, lai viņa process būtu atgriezenisks, tāpēc viņš izstrādāja maksimālās ienesīguma ciklu, ko sauc par ciklu Carnot, un Siltuma dzinēju, kas darbojas caur to, sauc par Carnot siltuma dzinēju.. Tā kā Carnot cikls ir atgriezenisks, to var mainīt, kā arī tika izstrādāti ledusskapji.
Kārno cikls neatkarīgi no izmantotās vielas sastāv no četriem procesiem, kas aprakstīti spiediena un tilpuma grafikā (p × V), kā redzams tālāk esošajā attēlā:
1. process, no 1. → 2. punkta: notiek atgriezeniska izotermiskā izplešanās (process, kurā temperatūra paliek nemainīga), kurā gāze (vai sistēma) darbojas un iegūst siltuma daudzumu no karstā avota.
2. process, no 2. punkta → 3: ir atgriezeniska adiabātiskā izplešanās (process, kurā notiek siltuma apmaiņa ar ārējo vidi), kurā nenotiek siltuma apmaiņa siltumu ar siltuma avotiem, bet gāze strādā un samazinās tās iekšējā enerģija, izraisot samazināšanos temperatūra.
3. process, no 3. → 4. punkta: notiek atgriezeniska izotermiska saspiešana, kurā gāze saņem darbu un atdod daļu siltuma aukstuma avotam.
4. process, no 4. punkta → 1: notiek atgriezeniska adibātiskā saspiešana, kurā nenotiek siltuma apmaiņa ar siltuma avotiem un gāze karsē, līdz tas sasniedz karstā avota temperatūru, un tādējādi saskaras ar to, beidzot cikls.
termodinamikas likumi
Termodinamikas likumi ir četri likumi, kas regulē visu izpēti termodinamika, pēta attiecības starp tilpumu, temperatūru un spiedienu un citiem fizikāliem lielumiem, piemēram, siltumu un enerģiju.
Nulles termodinamikas likums: ir likums termiskais līdzsvars, tā pēta siltuma apmaiņu starp ķermeņiem, kuriem ir atšķirīga temperatūra.
pirmais termodinamikas likums: ir enerģijas nezūdamības likums termodinamiskās sistēmās, tas pēta siltuma pārvēršanos darba un/vai iekšējā enerģijā.
Otrais termodinamikas likums: tas ir likums, kas attiecas uz siltumdzinējiem, ledusskapjiem un entropiju.
Trešais termodinamikas likums: ir likums absolūtā nulle, viņa pēta šīs temperatūras ietekmi.
Lasi arī: Siltumdzinēju veiktspēja
Risināja vingrinājumus par otro termodinamikas likumu
jautājums 1 Nosakiet Carnot dzinēja karstā avota temperatūru, zinot, ka aukstuma avota temperatūra ir 450 K un tā efektivitāte ir 80%.
a) 2250 000
b) 450 000
c) 1500 000
d) 900 tūkst
e) 3640 tūkst
Izšķirtspēja:
Alternatīva A. Mēs aprēķināsim karstā avota temperatūru, pamatojoties uz Carnot dzinēja efektivitātes formulu:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ K\)
2. jautājums (Cefet-PR) Otro termodinamikas principu var formulēt šādi: “Nav iespējams uzbūvēt mašīnu siltumenerģija, kas darbojas ciklos, kuras vienīgais efekts ir siltuma atdalīšana no avota un integrāli pārveidota par darbs". Turklāt šis princips liek mums secināt, ka:
a) Vienmēr ir iespējams uzbūvēt termomašīnas, kuru efektivitāte ir 100%.
b) jebkuram siltuma dzinējam ir nepieciešams tikai viens siltuma avots.
c) siltums un darbs nav viendabīgi lielumi.
d) jebkurš siltuma dzinējs paņem siltumu no karsta avota un daļu no šī siltuma atgrūž aukstam avotam.
e) tikai ar aukstuma avotu, kas vienmēr tiek uzturēts 0 °C temperatūrā, vai noteiktam siltuma dzinējam būtu iespējams pilnībā pārvērst siltumu darbā.
Izšķirtspēja:
Alternatīva D. Šis princips mūs informē, ka nav iespējams noņemt visu siltumu no karstā avota un nodot to aukstajam.
Piezīme
|1| Fizikas pamatkurss: Šķidrumi, svārstības un viļņi, siltums (sēj. 2).
Autore Pamella Raphaella Melo
Fizikas skolotājs
Sistēmas entropija nav nekas cits kā tās dezorganizācijas pakāpes mērs. No entropijas jēdziena ir iespējams formulēt Otro likumu.
Atklājiet aizraujošo siltumdzinēju vēsturi un to galvenos lietojumus.
Vai jūs zināt, kas ir termiskās iekārtas, termodinamiskie cikli un efektivitāte? Uzziniet vairāk par šiem svarīgajiem termodinamikas jēdzieniem.
Piekļūstiet tekstam un uzziniet Pirmā termodinamikas likuma definīciju, skatiet, kādas formulas izmanto šis likums, un apskatiet atrisinātos uzdevumus par šo tēmu.
Izotermiskā, izovolumetriskā un adiabātiskā transformācija. Iepazīstieties ar viņiem!
Vai jūs zināt, kas ir termodinamika? Piekļūstiet tekstam, lai uzzinātu, kuri ir vissvarīgākie jēdzieni par šo tēmu, uzziniet par termodinamikas likumiem.
