А второй закон термодинамики диктует, какие условия существуют для нагревать преобразовать в работу в тепловых машинах и холодильниках. В нем также рассматривается определение энтропия как явление, способное измерять дезорганизацию частиц в физических системах.
Читайте также: Калориметрия — раздел физики, изучающий теплообмен.
Темы этой статьи
- 1 - Краткое изложение второго закона термодинамики
- 2 - Что такое второй закон термодинамики?
-
3 - Приложения второго закона термодинамики
- Второй закон термодинамики в тепловых машинах
- Второй закон термодинамики в холодильниках
- 4 - Энтропия и второй закон термодинамики
-
5 - Формулы второго начала термодинамики
- Тепловые машины и холодильники
- Холодильники
- Примеры применения формул
- 6 - Цикл Карно
- 7 - Законы термодинамики
- 8 - Решенные упражнения по второму закону термодинамики
Резюме по второму закону термодинамики
Второй закон термодинамики представлен утверждениями Клаузиуса и Кельвина-Планка.
Утверждение Клаузиуса имеет дело с потоком тепла от более горячего тела к более холодному.
Заявление Кельвина-Планка касается неспособности тепловых устройств преобразовывать все свое тепло в работа.
Второй закон термодинамики применяется к тепловым двигателям и холодильникам.
Цикл Карно – это цикл максимального КПД, получаемый тепловыми двигателями.
Цикл Карно состоит из четырех стадий: обратимого изотермического расширения, обратимого адиабатического расширения, обратимого изотермического сжатия и обратимого адиабатического сжатия.
Теорема Карно относится к выходу Машины Карно.
Что такое второй закон термодинамики?
Второй закон термодинамики представляет собой закон, учитывающий ограничения, возникающие в термодинамических процессах. Его сформулировали физики Рудольф Клаузиус (1822–1888), лорд Кельвин (1824–1907) и Макс Планк (1858–1947), как мы увидим ниже:
Физик и математик Рудольф Клаузиус утверждал, что кондуктивный поток тепла происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. более низкая температура, следовательно, обратного процесса не происходит, следовательно, необходимо провести работу по этому система. При этом он заявил:
Невозможно осуществить процесс, единственным следствием которого является передача тепла от более холодного тела к более горячему.|1|
Физик-математик Уильям Томсон, известный как лорд Кельвин, вместе с вкладом физика Макса Планка заявил о невозможности тепловых устройств, имеющих КПД 100%, так как всегда будут потери тепла.
Не останавливайся сейчас... После рекламы будет больше ;)
Приложения второго закона термодинамики
Второй закон термодинамики применяется к тепловым двигателям и холодильникам.
Второй закон термодинамики в машинах тепловой
К Тепловые машины способны преобразовывать теплоту в работу. Горячий источник подает тепло на тепловую машину, которая превращает его в работу. Остальное тепло он отправляет холодному источнику, как показано на изображении ниже:
Некоторые примеры тепловых машин: паровые и керосиновые турбины в реактивных самолетах, двигатели внутреннего сгорания, термоядерные реакторы.
Второй закон термодинамики в холодильниках
Холодильники – это машины, Они работают противоположно тепловым двигателям., где они отводят тепло от области с температура более низкой температуры и подавать его в область с более высокой температурой. Поскольку это неестественно, необходимо, чтобы машина выполняла работу с использованием электроэнергии, как показано на изображении ниже:
Некоторыми примерами холодильников являются холодильники и кондиционеры.
Энтропия и второй закон термодинамики
А второй закон термодинамики предполагает существование энтропии, один физическое количество отвечает за измерение степени дезорганизации частиц в физической системе или степени необратимости термодинамические процессы в тепловых машинах, являющиеся самопроизвольными, неизбежными, необратимыми и обширный. При этом возможно только наблюдать и сдерживать степень изменчивости процессов. С увеличением энтропии возрастает и степень беспорядка в системе.
А Номенклатура энтропии имеет греческое происхождение и означает «преобразование»., «изменение», поэтому используется в Физический для обозначения случайности и беспорядка. Энтропию можно рассчитать по формуле:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) - изменение энтропии, измеренное в [Дж/К].
\(∆U\) представляет собой изменение внутренней энергии, измеряемое в джоулях [Дж].
T – температура, измеренная в Кельвинах [K].
Со статистической точки зрения энтропия рассчитывается по формуле:
\(S=k\cdot ln\Ом\)
S — энтропия, измеренная в [Дж/К].
k – постоянная Больцмана, стоит \(1,4\cdot 10^{-23}\ Дж/К\).
Ω — количество возможных микросостояний системы.
Читайте также: Процессы распространения тепла
Формулы второго закона термодинамики
Тепловые машины и холодильники
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) теплота горячего источника, измеряемая в джоулях [Дж].
W — работа, совершаемая тепловой машиной, измеряется в джоулях [Дж].
\(Q_F\) это тепло от холодного источника, измеренное в джоулях [Дж].
Он может быть представлен:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W — работа, совершаемая тепловой машиной, измеряется в джоулях [Дж].
\(Q_Q\) теплота горячего источника, измеряемая в джоулях [Дж].
\(Q_F\) это тепло от холодного источника, измеренное в джоулях [Дж].
Холодильники
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) это КПД холодильника.
\(Q_F\) это тепло от холодного источника, измеренное в джоулях [Дж].
\(Q_Q\) теплота горячего источника, измеряемая в джоулях [Дж].
Его можно представить как:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) это КПД холодильника.
\(Q_F\) это тепло от холодного источника, измеренное в джоулях [Дж].
W — работа, совершаемая тепловой машиной, измеряется в джоулях [Дж].
Примеры применения формул
Пример 1: Вычислите работу, которую совершает за цикл тепловая машина, получающая от горячего источника 500 Дж теплоты и отдающая холодному источнику только 400 Дж теплоты.
Для расчета работы тепловой машины воспользуемся формулой:
\(W=Q_Q-Q_F\)
Подставив значения, указанные в заявлении:
\(Ш=500-400\)
\(Вт=100\ Дж\)
Работа тепловой машины составила 100 Дж.
Пример 2: Какова эффективность холодильника, который получает 150 Дж тепла от горячего источника и отдает 50 Дж тепла холодному источнику?
Для расчета КПД холодильника воспользуемся формулой:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
Подставив значения, указанные в ведомости, получим:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
Умножение доходности на 100%:
\(η=0,5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
Холодильник имеет КПД 50%.
Цикл Карно
Цикл Карно был разработан ученым Сади Карно (1796-1832), с целью определения максимального КПД, который может быть достигнут тепловым двигателем, работающим между горячим и холодным источниками.
Основываясь на своих исследованиях, Карно определил, что для получения максимального КПД тепловой машины необходимо: необходимо, чтобы его процесс был обратимым, поэтому он разработал цикл максимального выхода, названный циклом Карно, и Тепловая машина, работающая через него, называется тепловой машиной Карно.. Поскольку цикл Карно обратим, его можно обратить вспять, как и были разработаны холодильники.
Цикл Карно, независимо от используемого вещества, состоит из четырех процессов, описанных на графике зависимости давления от объема (p×V), как мы можем видеть на изображении ниже:
1-й процесс, из пункта 1 → 2: имеет место обратимое изотермическое расширение (процесс, при котором температура остается постоянной), при котором газ (или система) совершает работу и получает некоторое количество тепла от горячего источника.
2-й процесс, из пункта 2 → 3: бывает адиабатическое расширение (процесс, при котором происходит теплообмен с внешней средой) обратимое, при котором теплообмен отсутствует тепла тепловыми источниками, но газ работает и происходит уменьшение его внутренней энергии, вызывая уменьшение температура.
3-й процесс, из пункта 3 → 4: происходит обратимое изотермическое сжатие, при котором газ получает работу и отдает некоторое количество теплоты холодному источнику.
4-й процесс, из пункта 4 → 1: происходит обратимое адиабатическое сжатие, при котором не происходит теплообмена с тепловыми источниками и газ нагревается до тех пор, пока не достигнет температуры горячего источника, и, таким образом, будет соприкасаться с ним, заканчивая цикл.
законы термодинамики
Законы термодинамики — это четыре закона, которые управляют всем изучением термодинамика, изучить отношения между объемом, температурой и давлением и другими физическими величинами, такими как теплота и энергия.
Нулевой закон термодинамики: это закон тепловой баланс, она изучает теплообмен между телами, имеющими разную температуру.
первый закон термодинамики: закон сохранения энергии в термодинамических системах, он изучает превращение теплоты в работу и/или внутреннюю энергию.
Второй закон термодинамики: это закон, который имеет дело с тепловыми двигателями, холодильниками и энтропией.
Третий закон термодинамики: это закон абсолютный ноль, она изучает влияние этой температуры.
Читать тоже: Производительность тепловых двигателей
Решенные упражнения по второму закону термодинамики
Вопрос 1 Определить температуру горячего источника двигателя Карно, зная, что температура холодного источника 450 К и его КПД 80%.
а) 2250К
б) 450К
в) 1500К
г) 900К
д) 3640 К
Разрешение:
Альтернатива А. Рассчитаем температуру горячего источника по формуле КПД двигателя Карно:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ К\)
вопрос 2 (Cefet-PR) 2-й принцип термодинамики можно сформулировать так: «Невозможно построить машину тепловая энергия, работающая циклами, единственным эффектом которой является отвод тепла от источника и полное преобразование его в работа". В более широком смысле этот принцип приводит нас к выводу, что:
а) Всегда можно построить тепловые машины с КПД 100%.
б) любой тепловой машине нужен только один источник тепла.
в) теплота и работа не являются однородными величинами.
г) любая тепловая машина получает тепло от горячего источника и отдает часть этого тепла холодному источнику.
д) только при наличии холодного источника, всегда поддерживаемого при температуре 0 °С, определенная тепловая машина могла бы полностью преобразовывать теплоту в работу.
Разрешение:
Альтернатива Д. Этот принцип сообщает нам, что невозможно отобрать все тепло от горячего источника и передать его холодному источнику.
Примечание
|1| Базовый курс физики: жидкости, колебания и волны, тепло (т. 2).
Памелла Рафаэлла Мело
Учитель физики
Энтропия системы есть не что иное, как мера степени ее дезорганизации. Второй закон можно сформулировать из понятия энтропии.
Откройте для себя увлекательную историю тепловых двигателей и их основных применений.
Вы знаете, что такое тепловые машины, термодинамические циклы и КПД? Узнайте больше об этих важных понятиях термодинамики.
Получите доступ к тексту и изучите определение Первого закона термодинамики, посмотрите, какие формулы используются в этом законе, и проверьте решенные упражнения по этому вопросу.
Изотермическое, изоволюметрическое и адиабатическое превращения. Встретить их!
Вы знаете, что такое термодинамика? Получите доступ к тексту, чтобы узнать, какие концепции являются наиболее важными по этому вопросу, узнать о законах термодинамики.
