Качественные формулировки II начала термодинамики

Введение.

Вопросы лекции:

· Качественные формулировки второго начала термодинамики.

· Принципиальная схема теплового двигателя.

· Термический коэффициент полезного действия.

· Цикл Карно. Термический КПД цикла Карно.

· Интеграл Клаузиуса. Энтропия.

· Неравенство Клаузиуса. Математическое выражение второго начала термодинамики.

3. Заключение.

К следующему занятию курсанты должны:

ЗНАТЬ: основные элементы и количественные характеристики термодинамической эффективности теплового двигателя; суть и математическое выражение второго начала термодинамики.

УМЕТЬ: применять математический аппарат термодинамики и графический метод диаграмм к расчету обратимых циклов тепловых двигателей.

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: об эквивалентности различных формулировок второго начала термодинамики и о необратимости реальных процессов.

4. Задания на самоподготовку:

· конспект лекций

· вывод второго начала термодинамики, изложенный в учебном пособии [2].

Подпись автора

_____________/ профессор каф. физики и теплообмена, д.ф.-м.н.,

П.В. Скрипов

Лекция рассмотрена и одобрена на заседании кафедры

Протокол №_______ от «_____»_____________ 2011 г.

Заведующий кафедрой физики и теплообмена

профессор, д.т.н. __________________ / Н.М. Барбин

«_____»______________ 2011 г.

После того как отказались от попыток построить вечный двигатель I рода, появились проекты тепловых двигателей, которые, по замыслу изобретателей, могли бы полностью превращать теплоту какого-либо источника тепла Q ₁ в полезную работу L _o. Вечный двигатель, который полностью превращал бы теплоту источника в полезную работу, получил название вечного двигателя второго рода. Многочисленные попытки построить такой двигатель оказались безуспешными. Этот факт, не противоречащий I началу термодинамики, был возведён В.Томсоном (лордом Кельвином) в ранг закона, получившего название второго начала термодинамики. Итак, в формулировке Томсона второе начало термодинамики гласит: вечный двигатель второго рода невозможен.

Кроме этого немецким учёным Рудольфом Клаузиусом была дана другая формулировка второго начала термодинамики, которая гласит: теплота может самопроизвольно переходить только от тел с бòльшей температурой к телам с меньшей температурой; обратный переход невозможен без компенсации, т.е. без затраты внешней работы.

Замечание. Известно около двух десятков формулировок второго начала термодинамики. Формулировка Клаузиуса указывает на асимметрию процессов в макроскопической природе, на их необратимость. Наиболее распространёнными необратимыми процессами являются процессы теплообмена при конечной разности температур, трение при относительном движении соприкасающихся твёрдых тел, вязкое трение, т.е. внутреннее трение при движении жидкости или газа с неоднородным распределением скоростей, большинство химических реакций, диффузия и т.д. Все эти процессы сопровождаются диссипацией энергии, т.е. переходом упорядоченной формы движения в неупорядоченную, хаотическую форму движения молекул.