Термодинамика. 14. Внутренняя энергия идеального газа

14. Внутренняя энергия идеального газа:

.

15. Первое начало термодинамики:

,

где Q - теплота, сообщенная системе (газу); - изменение внутренней энергии системы; A - работа, совершенная системой против внешних сил.

16. Работа расширения газа:

- в общем случае ;

- при изобарическом процессе ;

- при изотермическом процессе ;

- при адиабатическом процессе

или ,

где - показатель адиабаты.

17. Термический к.п.д. цикла

,

где - теплота, полученная рабочим телом от нагревателя; - теплота, переданная рабочим телом охладителю.

18. Термический к.п.д. цикла Карно:

.

где и - термодинамические температуры нагревателя и охладителя.

19. Второй закон термодинамики определяет направление происходящих в природе процессов, связанных с превращением энергии. Существует несколько формулировок данного закона:

Р. Клаузиус: - Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.

У. Томсон (Кельвин): - В природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, совершенная за счет охлаждения теплового резервуара.

М. Планк: - В природе невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход теплоты полностью в работу.

Данный закон отрицает возможность использования запасов внутренней энергии какого-либо источника без перевода его на более низкий температурный уровень, т.е. без холодильника.

Второе начало термодинамики утверждает невозможность построения вечного двигателя второго рода – двигателя работающего за счет охлаждения какого-либо одного тела.

Приведенное количество теплоты - величина равная отношению теплоты , полученной телом при изотермическом процессе, к температуре , при которой происходит теплопередача.

Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно малом участке процесса, равно . В любом обратимом круговом процессе приведенное количество теплоты, сообщаемое телу, равно нулю

. (19.1)

Поскольку интеграл по замкнутому контуру равен нулю, подынтегральное выражение является полным дифференциалом некоторой функции состояния

. (19.2)

Эта функция называется энтропией. Единица измерения энтропии – (Дж/К).

Энтропия S - функция, характеризующая направление протекания самопроизвольного процесса в замкнутой термодинамической системе.

Из формулы (19.1) следует, что для обратимых процессов изменение энтропии

, . (19.3)

В термодинамике доказывается, что энтропия системы, совершающей необратимый цикл, возрастает

, . (19.4)

Соотношения (19.3) (19.4) можно представить в виде неравенства Клаузиуса

, . (19.5)

Неравенство Клаузиуса является математическим выражение второго начала термодинамики: - Энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов).

20. Приращение энтропии определяется формулой (интегралом приведенных теплот):

,

где - тепло, подведенное к системе при изотермическом процессе.