Термодинамика

Действия газа

Термодинамика изучает самые общие свойства макроскопических (образованных многими микроскопическими составляющими) систем в состоянии термодинамического равновесия, а также процессы перехода между такими состояниями.

Состояние термодинамического равновесия характеризуется одинаковыми значениями температуры, давления и других величин во всех частях системы. Механизмы процессов, которые изучает термодинамика, при этом не исследуются.

Работа газа в термодинамике

Примером работы, которая выполняется не за счет механической, а за счет тепловой энергии, может быть смещение поршня в цилиндре на расстояние в результате нагревания газа под поршнем.

Газ, расширяясь при постоянном давлении, производит над поршнем работу за счет сил молекулярного давления, где S - площадь поршня, ?V - прирост объема, который занимает газ в цилиндре.

В общем случае, когда давление газа в ходе процесса изменяется, работу находят графическим методом.

Работа газа при любом процессе измеряется площадью, ограниченной кривой процесса, осью абсцисс и вертикальными прямыми V = V1 и V = V2.

Законы термодинамики

Первый закон термодинамики (две формулировки):

1) Результатом получения системой количества теплоты Q является увеличение внутренней энергии системы и выполнения ею работы против внешних сил: (отсюда, то есть работа А не больше количества теплоты Q (не может существовать "вечный двигатель 1-го рода", который бы позволял производить работу).

2) Прирост внутренней энергии системы может быть результатом и теплопередачи системе, и выполнение над ней работы внешними силами.

Второй закон термодинамики: невозможна самовольная теплопередача от менее нагретого тела более нагретому; не может существовать "вечного двигателя 2-го рода", который обеспечивал бы выполнение условия .

Работа газа

Тепловым балансом в замкнутой системе тел при теплообмене между ними называется одинаковость сумм количеств теплоты, которые отдаются более нагретыми телами менее нагретым, и количеств теплоты, полученных последними.

Пример: в чашку с водой, в которую погружена ложечка, долили более горячей воды. Эта вода, охлаждаясь к некоторой температуре, общей для всей данной системы в состоянии равновесия, отдает количество теплоты Q, при этом вода в чашке получает количество теплоты, ложока .

В развернутом виде каждый член уравнения записывается как произведение удельной теплоемкости, массы и изменения температуры для каждого из тел системы.

Принцип действия тепловых двигателей. Кпд теплового двигателя.

Тепловыми двигателями называются периодически действующие устройства, которые превращают тепловую энергию в механическую. Рабочее тело двигателя (газ), расширяясь во время взаимодействия с нагревателем и получая от него количество теплоты, производит работу против внешних сил. Возвращается газ к начальному состоянию под внешним действием и при этом отдает количество теплоты охладителю ("холодильнику"). Разница равняется работе, которую выполняет тепловой двигатель за 1 цикл (круговой процесс).

Расчеты, выполненные Уголовно, показали, что максимальный КПД вычисляется так:, где и - температуры нагревателя и охладителя.

Разновидностью теплового двигателя является и двигатель внутреннего сгорания.