Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия

Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Энтропия

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Трактора и автомобили»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теплотехника»

Вариант № 2

 

 

 

 

Выполнил студент второго курса

Факультета заочного обучения

специальности «Технология обслуживания

 и ремонта машин в АПК»

шифр ТУ – 04 – 72

 гр. Анисимович И.И.

Домашний адрес: г. Пермь,

Ул. Семченко 6-223

Проверил: профессор Манташов А.Т.

____________________

 

«____» _________2005г.

 

 


Пермь

Задание № 1

Вопрос № 2 Что понимают под нормальными физическими и нормальными техническими условиями состояния системы?

Под этими состояниями понимают такое состояние системы, при котором значение температуры и давления равны, соответственно, для нормального физического (НФУ) и для нормального технического условия (НТУ) состояния системы. Эти значения применяют для задания состояния термодинамической системы при расчетах.

Вопрос № 7 Приведете аналитическое выражение второго закона термодинамики.

Второй закон термодинамики можно сформулировать следующим образом:  невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более теплым (постулат Клаузиуса, 1850 г.).

Второй закон термодинамики определяет также условия, при которых теплота может, как угодно долго преобразовываться в работу. В любом разомкнутом термодинамическом процессе при увеличении объема совершается положительная работа:

  

,

где l – конечная работа,

v1 и v2 – соответственно начальный и конечный удельный объем;

но процесс расширения не может продолжаться бесконечно, следовательно, возможность преобразования теплоты в работу ограничена.

Непрерывное преобразование теплоты в работу осуществляется только в круговом процессе или цикле.

Каждый элементарный процесс, входящий в цикл, осуществляется при подводе или отводе теплоты dQ, сопровождается совершением или затратой работы, увеличением или уменьшением внутренней энергии, но всегда при выполнении условия dQ=dU+dL  и dq=du+dl, которое показывает, что без подвода теплоты (dq=0) внешняя работа может совершаться только за счет внутренней энергии системы, и, подвод теплоты к термодинамической системе определяется термодинамическим процессом. Интегрирование по замкнутому контуру дает:

, , так как .

Здесь QЦ  и LЦ  - соответственно теплота, превращенная в цикле в работу, и работа, совершенная рабочим телом, представляющая собой разность |L1| - |L2| положительных и отрицательных работ элементарных процессов цикла.

Элементарное количество теплоты можно рассматривать как подводимое (dQ>0) и отводимое (dQ<0) от рабочего тела. Сумма подведенной теплоты в цикле |Q1|, а сумма отведенной теплоты |Q2|. Следовательно,

LЦ=QЦ=|Q1| - |Q2|.

Подвод количества теплоты Q1 к рабочему телу возможен при наличии внешнего источника с температурой выше температуры рабочего тела. Такой источник теплоты называется горячим. Отвод количества теплоты Q2 от рабочего тела также возможен при наличии внешнего источника теплоты, но с температурой более низкой, чем температура рабочего тела. Такой источник теплоты называется холодным. Таким образом, для совершения цикла необходимо иметь два источника теплоты: один с высокой температурой, другой с низкой. При этом не все затраченное количество теплоты Q1 может быть превращено в работу, так как  количество теплоты Q2 передается холодному источнику.

Условия работы теплового двигателя сводятся к следующим:

-              необходимость двух источников теплоты (горячего и холодного);

-              циклическая работа двигателя;

-              передача части количества теплоты, полученной от горячего источника, холодному без превращения ее в работу.

В связи с этим второму закону термодинамики можно дать еще несколько формулировок:

-            передача теплоты от холодного источника к горячему невозможна без затраты работы;

-            невозможно построить периодически действующую машину, совершающую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар;

-            природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.

Следует подчеркнуть, что второй закон термодинамики (так же как и первый), сформулирован на основе опыта.

В наиболее общем виде второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом: любой реальный самопроизвольный процесс является необратимым. Все прочие формулировки второго закона являются частными случаями наиболее общей формулировки.

Что понимается под энтропией?

Несоответствие между превращением теплоты в работу и работы в теплоту приводит к односторонней направленности  реальных процессов в природе, что и отражает физический смысл второго начала термодинамики в законе о существовании и возрастании в реальных процессах некой функции, названной энтропией, определяющей меру обесценения энергии.

Часто второе начало термодинамики преподносится как объединенный принцип существования и возрастания энтропии.

Принцип существования энтропии формулируется как математическое выражение энтропии термодинамических систем в условиях обратимого течения процессов:

.

Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных  систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов:

.

Оба вывода о существовании и возрастании энтропии получаются на основе какого-либо постулата, отражающего необратимость реальных процессов в природе. Наиболее часто в доказательстве объединенного принципа существования и возрастания энтропии используют постулаты Р.Клаузиуса, В.Томпсона-Кельвина, М. Планка.

В действительности принципы существования и возрастания энтропии ничего общего не имеют. Физическое содержание: принцип существования энтропии характеризует термодинамические свойства систем, а принцип возрастания энтропии – наиболее вероятное течение реальных процессов. Математическое выражение принципа существования энтропии – равенство, а принципа возрастания – неравенство. Области применения: принцип существования энтропии и вытекающие из него следствия используют для изучения физических свойств веществ, а принцип возрастания энтропии – для суждения о наиболее вероятном течении физических явлений. Философское значение этих принципов также различно.

В связи с этим принципы существования и возрастания энтропии рассматриваются раздельно и математические выражения их для любых тел получаются на базе различных постулатов.

Вывод о существовании абсолютной температуры T и энтропии s как термодинамических функций состояния любых тел и систем составляет основное содержание второго закона термодинамики и распространяется на любые процессы – обратимые и необратимые.

Вопрос № 12 Каким образом задают газовую смесь?

Состав газовой смеси может быть задан парциальными давлениями, массовыми или объёмными долями. Это необходимо для определения состава газовой смеси.

Задание смеси парциальными давлениями.

 - это равенство называется законом Дальтона

Задание смеси объёмными долями

Объёмной долей называется отношение приведённого объёма данного газа к объёму всей смеси, обозначается ri она равна: , где Vi – приведённый объём. Сумма приведённых объёмах равна объёму смеси:

Задание смеси массовыми долями.

Массовую долю выражают через объёмную:

 или , где  - кажущаяся молярная масса смеси.

Вопрос № 17 в чём смысл выражения уравнения Майера?

Уравнение гласит: «Для любого газа разность между теплоемкостями при р = cоnst численно равна величине газовой постоянной этого газа». Оно имеет вид: , где СР – теплоёмкость при постоянном давлении, СV - теплоёмкость при постоянном объёме. Уравнение является одним из наиболее существенных в термодинамике.

Задание № 2

Вопрос № 1 Дать определение термодинамического процесса. Изобразить процесс в pv и  Ts координатах.

Термодинамический процесс – это определённая последовательность изменения состояния рабочего тела системы при её взаимодействии с окружающей средой.

Процесс бывает обратимым и необратимым, а также равновесным, т.е. протекающий с бесконечно малым отклонением состояния системы от равновесного.

процесс в pv координатах

Процесс в Тs координатах

Вопрос № 6 Как вычисляется работа техническая в политропном процессе?

Техническая работа вычисляется по формуле (2.60)[1]: , где R – газовая постоянная, T – температура, Р1 и Р2 – давление до и после работы, n – показатель политропы.

Вопрос № 11 Изотермический процесс и его особенности.

Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре.

К его особенностям относится:

изменение внутренней энергии и энтальпии равны нулю;

Страницы: 1, 2



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать