Пиши Дома Нужные Работы


Термодинамическая вероятность W состояния тела или системы

— это число способов, которыми может быть реализовано данное конкретное термодинамическое состояние (макросостояние). Иначе говоря, это число всевозможных микрораспределений частиц по координатам и скоростям (микросостояний), которыми может быть осуществлено данное макросостояние.

Формула Больцмана:S = klnW

где k—постоянная Больцмана.

Энтропия системы определяется логарифмом числа микросостояний, спомощью которых может быть реализовано данное макросостояние.

Энтропия является мерой неупорядоченности системы, — чембольше число микросостояний, реализующих данное макросостояние, тем больше энтропия.

 

44. Принцип возрастания энтропии.

Все процессы в замкнутой системе ведут к увеличению её энтропии. В замкнутой системе идут в направлении от менее вероятных состояний к более вероятным, до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной. В состоянии равновесия — наиболее вероятного состояния системы — число микросостояний максимально, при этом максимальна и энтропия.

45. Второе начало термодинамики.

Любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает(закон возрастания энтропии).

Первое начало термодинамики выражает закон сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам.

Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов, указывая, какие процессы в природе возможны, а какие — нет.

Существуют ещё две формулировки второго начала термодинамики, эквивалентных закону возрастания энтропии:

1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;

2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к телу более нагретому.

 

46.Третье начало термодинамики.

Третье начало термодинамики теорема Нернста-Планка — постулирует поведение термодинамических систем при нуле Кельвина (абсолютном нуле): энтропия всех тел в состоянии равновесия стремится к нулю по мере приближения температуры к нулю Кельвина.

Теплоемкости Cv и Сp при Т = 0 К равны нулю, поскольку:

 

47.Тепловые двигатели и холодильные машины.

Тепловой двигатель — это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты.

Термостатом называется термодинамическая система, которая может обмениваться теплотой с телами практически без изменения собственной температуры.

Рабочее тело — это тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами.

Принцип работы теплового двигателя: от термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество

теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой Т2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2, при этом совершается работа A = Q1 -Q2.

Термический КПД двигателя:

Чтобы КПД был равен 1, необходимо, чтобы Q2=0, а это запрещено вторым началом термодинамики.

Процесс, обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине: от термостата с более низкой температурой Т2 за цикл отнимается количество теплоты Q2 и отдается термостату с более высокой температурой Т1 > Т1. Приэтом Q = Q1 - Q2 = А или Q1= Q2 + A

Количество теплоты Q1, отданное системой термостату Т1, больше количества теплоты Q2, полученного от термостата Т2 на величину работы, совершенной над системой.

Эффективность холодильной машины характеризует холодильный коэффициент η’ — отношение отнятой от термостата с более низкой температурой количества теплоты Q2 к работе А, которая затрачивается на приведение холодильной машины в действие:

48. Теорема Карно

Извсех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей Т1 и холодильников Т2, наибольшим КПД обладают обратимые машины. При этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела, а определяются только температурами нагревателя и холодильника.

 

Наиболее экономичный обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

Последовательные термодинамические процессы в цикле Карно

 

1-изотерма-2-адиабата-3-изотерма-4-адиабата-1:

Изотермическое расширение 1—2 Т = const; V2 > V1
Адиабатическое расширение 2—3 δQ = 0; Т21
Изотермическое сжатие 3—4 Т = const; V4 < V3
Адиабатическое сжатие δQ = 0; Т12

Работа, совершаемая в результате кругового процесса,

A = A12 + A23+A34 + A41=Q1 + А23 -Q2+ А23 = Q1-Q2

Для адиабат 2-3 и 4-1 уравнения Пуассона: откуда V1/V2=V3/V4.

Используя это, термический КПД цикла Карно:

действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника.

 

Реальные газы, жидкости и твердые тела.

При рассмотрении реальных газов необходимо учитывать собственный объем молекул и силы межмолекулярного взаимодействия.

Силы межмолекулярного взаимодействия — короткодействующие — они проявляются на расстояниях менее 10-9м. Сила взаимодействия молекул — это равнодействующая сил притяжения Fп (они преобладают на больших расстояниях) и сил отталкивания Fо (они доминируют на малых расстояниях). На расстоянии r = rо эти силы уравновешивают друг друга и F = 0. Таким образом, расстояние го — это равновесное расстояние между молекулами, на котором бы они находились в отсутствие теплового движения. Потенциальная энергия взаимодействия молекул U минимальна всостоянии устойчивого равновесия при r = rо.

Соотношение между Uтin и kT является критерием различных агрегатных состояний. Umin определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения, чтобы разъединить молекулы, находящиеся в равновесии (r = ro). kТ определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы теплового движения молекул.

При Umin<<kТ вещество находится в газообразном состоянии, т.к. тепловое движение молекул препятствует соединению (конденсации) молекул.

При Umin >> kТ вещество находится в твердом

состоянии, т.к. тепловой энергии недостаточно, чтобы "оторвать" молекулы друг от друга.

При Umin ≈ кТ вещество находится в жидком

состоянии, т.к. в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, но не расходясь на расстояния, превышающие ro.

 

50.Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Внесем в уравнение состояния идеального газа поправки, учитывающие собственный объем молекул и силы межмолекулярного взаимодействия.

 

Фактический объем реального газа будет , где

b — объем, занимаемый самими молекулами. Две молекулы радиуса r не могут сблизиться на расстояние меньше 2r, следовательно, для центров двух молекул недоступен сферический объем радиуса 2r. Этот объем bв восемь раз больше объема одной молекулы и в расчете на одну молекулу равен учетверенному объему молекулы.

Учет сил межмолекулярного притяжения осуществляется введением дополнительного давления р’ на газ, называемого внутренним давлением:

, где aпостоянная Ван-дер-Ваальса.

Уравнение Ван-дер-Ваальсадля моля газа — уравнение состояния

реальных газов: . Для произвольной массы газа:

, где

51. Изотермы реальных газов.

Изотерма реального газа представляет собой зависимость молярного объема газа от давления при постоянной температуре.

При высоких температурах (Т>Тk) изотерма реального газа отличается от изотермы идеального газа только некоторым искажением формы.

При некоторой температуре Тkкритиче­ской температуре— на изотерме появляется точка перегиба К критическая точка. Соот­ветствующие этой точке объем Vk и давление рк называются критическими.Изотерма при Тk называется критической изотермой.

При Т < Тk уравнению Ван-дер-Ваальса соответствует кривая 1-2-3-4-5-6-7. Однако, на участке 5-3 сжатие вещества сопровождается уменьшением давления, следовательно в этой области вещество распадается на две фазы — жидкость и пар.

Фаза — совокупность всех частей системы, обладающих одинаковым химическим составом и находящихся в одинаковом термодинамическом состоянии

Истинные докритические изотермы реального газа имеют вид 1-2-6-7 и являются кривыми непрерывного перехода вещества из газообразного состояния (Г) (участок 6-7) в жидкое (Ж) (участок 2-1). Участок 6-2 соответствует равновесному сосуществованию жидкости и газа.

Вещество в газообразном состоянии при температуре ниже критической называется паром (П), а пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным (Ж + П). Пар при изотермическом сжатии претерпевает процесс сжижения. Газ при температурах Т>Тk не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении (Г).

При некоторых условиях могут быть реализованы метастабильные состояния 5-6 и 2-3. Участок 2-3 изображает перегретую жидкость, 5-6 — пересыщенный пар.

 

52. Внутренняя энергия реального газа.

Внутренняя энергия реального газа складывается из кинетической энергии теплового движения молекул (CVT) и потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия

Если газ расширяется без теплообмена с окружающей средой (адиабатически, т.е. δQ = 0) и не совершает работы (так называемое расширение газа в вакуум, т.е. δА = 0), из первого начала термодинамики (δQ = (U2-U1) + δA) следует, что: U1=U2.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.