Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






ІІ Початок термодинаміки




Відкриття ІІ початку термодинаміки здійснилось у ХІХ сторіччі після того, як відбулися корінні зміни в науці. Коли у ХІУ ст. в фізиці панував експеримент, так що фізику визначали як науку “о всем том, что на опыте познать можно”, то у ХІХ сторіччі картина починає змінюватись. Експериментальна фізика продовжує панувати над теоретичною, і редактор ведучого фізичного журналу “Annalen der Physik” Поггендорф, будучи сам експериментатором, ретельно піклується про те, щоб на сторінки журналу не попала “метафізика”. Але вже хвильова оптика Юнга та Френеля уявляла собою, крім сукупності витончених та дотепних дослідів, струнку теоретичну систему, яка дозволила Гамільтону пророчити тонкі, важко спостерігаємі явища конічної рефракції. Електростатика та магнетостатика в руках Гауса і Гріна розвивалась за зразком ньютонівської теорії тяжіння, і її основні результати і сьогодні входять до курсів теоретичної фізики. Електродинаміка Ампера дозволяла мати надію, що швидко аналогічна математична теорія буде розроблена і для магнетизму. Однак великі відкриття М. Фарадея сплутали всі карти, і, хоча пошуки узагальнюючого закону не припинялись, в електродинаміці до Максвелла панував ідейний розбрід.

Найважче піддавались обробці теплові явища. Тут ще йшло накопичення емпіричних фактів, розроблялись методи визначення теплових характеристик: коефіцієнтів розширення, теплопровідності, питомих теплоємкостей. Ці виміряння потрібні були і для теплотехніки, що бурхливо розвивалася. !Його величність пар” працював на фабриках та заводах, на щзалізницях, морських та річкових шляхах. Парова машина була єдиним двигуном прогресу, що бурхливо розвивався.

Відкриття ІІ початку термодинаміки пов’язано з іменами трьох вчених: Карно, Томсона, Клаузіуса.

Цикл Карно виглядає наступним чином.

Спочатку система приводиться у тепловий контакт з нагрівачем, що має температуру . Потім нескінченно повільно зменшуючи зовнішній тиск, її заставляють квазістатично розширятись по ізотермі 12. При цьому вона відбирає кількість теплоти від нагрівача і виконує роботу проти зовнішнього тиску. Після цього систему адіабатно ізолюють, тобто повністю виключають теплообмін з оточуючим середовищем, і заставляють її квазістатично розширятись по адіабаті 23, поки її температура не досягне температури холодильника . При адіабатному розширенні система також виконає деяку роботу проти зовнішнього тиску. У стані 3 систему приводять у тепловий контакт із холодильником і неперервним збільшенням тиску ізотермічно стискають її до деякого стану 4. При цьому над системою виконується робота (тобто вона виконує від’ємну роботу ), і вона віддає холодильнику деяку кількість тепла - . Стан 4 вибирається таким чином, щоб можна було б квазістатичним стисканням по адіабаті 41 повернути систему у вихідний стан 1. Для цього над нею треба виконати роботу . В результаті циклу Карно внутрішня енергія системи не змінилась. Тоді, згідно з першим началом термодинаміки, виконана робота

 

.

 

Цикл Карно є квазістатичним, отже може проходити як в прямому, так і в оберненому напрямку. Машина, яка працює за прямим циклом Карно є тепловою, а за оберненим – холодильною. К.к.д. прямого циклу Карно вводиться, як і для будь-якої теплової машини

.

Всі різноманітні процеси, що проходять в оточуючому світі – в природі, виробничих умовах – можна поділити на три групи:

1 – процеси, для здійснення яких потрібна затрата енергії ззовні у кількості, прямо пропорційній змінам, що зроблено (наприклад, підйом тіла на більш високий рівень, розпад води електрикою, тощо);

2 – процеси, для перебігу яких не потрібно витрати роботи ззовні і в результаті яких не може бути отримано роботу проти зовнішніх сил (наприклад, просування шару по суворо горизонтальній площині, коливання маятнику без тертя, тощо);

3 – процеси, які можуть протікати самовільно, тобто без затрати роботи ззовні, причому в результаті їх може бути отримана робота проти зовнішніх сил у кількості, прямо пропорційній змінам, що сталися (наприклад, опускання вантажу на більш низький рівень, взаємна нейтралізація сильної кислоти - сильним лугом, вибух вибухівки, іржавіння заліза, тощо).

Необхідність первісного збудження деяких з них можна не враховувати, так як кількість роботи, витраченої на це збудження, дуже мало у порівнянні з кількістю роботи, яка може бути отримана в результаті самих процесів.

Крім того, всі процеси бувають зворотними та незворотними.

Зворотними називаються процеси, які можна реалізовувати як в прямому, так і в зворотному напрямку. При цьому не тільки система, але й оточуюче середовище повертається точно в початковий стан.

Незворотними називаються процеси, в результаті яких в самій системі або в оточуючому середовищі залишаються незникаючі зміни. Прикладом перших процесів може бути математичний, других – фізичний маятник.

Другий початок також дає можливість визначити, яким повинні бути зовнішні умови, щоб процес, що нас цікавить, міг проходити в потрібному нам напрямку і ступені, що потребує. Така можливість має дуже велике значення як для дослідження теоретичних проблем фізичної хімії, так і для рішення різноманітних задач прикладного характеру.

На відміну від І закону, ІІ закон володіє більш обмеженою областю застосування. Він носить статистичний характер і застосовується при цьому лише до систем з великої кількості часток, тобто таким, поведінка яких може бути виражена законами статистики.

Він, як і І закон, витікає із загального закону збереження речовини та енергії і є підтвердженням законів філософії, зокрема, закону переходу кількісних змін у якісні.

Другий початок було встановлено як постулат, обумовлений всім досвідним матеріалом, накопиченим людством.

Існує декілька рівноцінних формулювань ІІ закону:

· Теплота не може мимовільно передаватись від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.

·Неможливий процес, єдиним результатом якого було б перетворення на 100% теплоти в роботу.

Розглянемо принцип дії теплової машини.

Кожна теплова машина складається з трьох частин: тепловіддатчика, тіла з більш високою температурою, робочого тіла, яке зазвичай є газом, або рідиною, та теплоприймача, тіла з більш низькою температурою.

 

Т1

тепловіддатчик

 
Q1

T1>T2

 

РОБОЧЕ ТІЛО
Робота
Q2 A = Q1 – Q2

 

Т2

теплоприймач

 

 

Від тепловіддатчика робочому тілу передається теплота, але тільки частина її перетворюється в роботу. Друга частина, що залишилась, передається теплоприймачу. Таким чином, дія теплової машини зводиться до отримання теплоти від тепловіддатчика, здійсненню роботи

· Неможливо побудувати таку машину, вічний двигун ІІ роду, дія якої зводилася б до виробництва роботи тільки за рахунок відповідного охолодження теплового джерела.

На відміну від інших видів енергії, всю теплоту перетворити в роботу неможливо. Тому кожна теплова машина характеризується к.к.д. - коефіцієнтом корисної дії – hт. Він представляє собою відношення отриманої від машини роботи А до кількості поглиненої теплоти Q1. Але А= Q1- Q2. Тобто

 

hт = =

 

Вимірюється к.к.д. в долях одиниці або у відсотках. К.к.д. більшості сучасних машин становить 70 - 80%. Сучасна технологія ставить перед собою задачу підвищення к.к.д. та наближення його до 100%.

Пара, що знаходиться в зіткненні з рідиною і що насичує простір над її поверхнею називається вологою насиченою парою.

Кількість часток рідині в парі – це ступінь сухості або вологості пари. Вода, що знаходиться в рівновазі з парою - насичена рідина.

Кипіння – це інтенсивний перехід рідини в пару не лише з поверхні, але й з усього об’єму, що супроводжується швидким утворенням та збільшенням кульок пари.

Пара, яка не вміщує в своєму складі часток води, але має температуру та тиск насичення – суха насичена пара.

Коли в 1 кг пари міститься Х кг сухої насиченої пари

(1-Х) – вологи, то: Х – це ступінь сухості, або паромісткість, (1-Х) – ступінь вологості, або волого місткість.

Коли суху насичену пару нагрівати при постійному тиску, температура буде підвищуватись, а об’єм збільшуватись. В наслідок пара перейде у стан перегрітої.

Ступінь перегріву визначається різницею температур

Dt = tп.п. – tн.

 

Витрата тіла на перегрів визначається за формулою:

Qпер = іп.п. - і¢¢ = ( tп.п. - tн).

 

Насичене вологе повітря – це вологе повітря, що містить насичену пару.

Коли пара мокра – це вологе повітря. Пара пересичена.

Вологе повітря, в якій при даній температурі міститься водяна пара у перегрітому стані називається ненасиченим вологим повітрям.

Абсолютна вологість – це кількість водяних парів, що знаходяться в 1 м3 вологого повітря, або щільність пари при його парціальному тиску та температурі повітря.

Відносна вологість - j - відношення абсолютної вологості ненасиченого повітря при даній температурі до абсолютної вологості насиченого повітря при даній температурі:

j = rП/rВ

 

Вологомісткість – d – відношення маси водяної пари до маси сухого повітря у вологому повітрі:

 

d = GП/GВ; d = rП/rВ.

 

Вологомісткість повітря в стані насичення вираховується за формулою:

Ентальпія пари:

і = 2500 + 1,8068t

і = 1,0048t + (1500 + 1,8068t)d

Існує також i – d – діаграма

До основних понять термодинаміки пари відноситься точка роси – температура, при якій вологе повітря (або вологий газ) при P = const та вологомісткості d стає насиченим.

 

Питання для самоперевірки

1. Наведіть формулювання і аналітичні вираження І та ІІ початків термодинаміки.

2. Що таке теплоємність і від чого вона залежить?

3. Сформулюйте закон Гесса і наслідки з нього.

4. Що називають внутрішньою енергією, ентропією, ентальпією, вільною енергією?

5. Охарактеризуйте роботу теплової машини.

6. Охарактеризуйте цикл Карно.

7. В чому укладається фізичний зміст ентропії?







Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2022 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных