Перше і друге начала термодинаміки

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Термодинаміка » Перше і друге начала термодинаміки

Термодинаміка вивчає кількісні закономірності перетворення енергії в різних процесах (теплових, механічних, електричних, магнітних та ін.), обумовленого тепловим хаотичним рухом молекул.

Термодинаміка побудована на двох фундаментальних законах, що називаються началами термодинаміки. Перше начало термодинаміки описує кількісну та якісну сторони процесів перетворення енергії; друге начало дозволяє судити про напрямок цих процесів.

Розглянемо перше начало термодинаміки Нехай деяка система, наприклад, газ в циліндрі під поршнем, має внутрішню енергію U1, отримана кількість теплотиQ, і перейшовши в новий стан, що характеризується внутрішньою енергією U2 і виконала зовнішню роботу А. Зміна внутрішньої енергії системи дорівнює різниці кількості теплоти, отриманої системою, і роботою виконаною системою.

clip_image002[4]

clip_image004[4] або clip_image006[4].Якщо позначити U2-U1=ΔU, тоді clip_image008[4]. Дана формула є математичним виразом першого начала термодинаміки. Таким чином, перше начало звучить так: вся кількість теплоти, передана системі, йде на зміну внутрішньої енергії системи і на виконувану системою роботу. Тобто енергія не створюється і не зникає, а видозмінюється. Таким чином, перше начало термодинаміки є загальним виразом закону збереження і перетворення енергії.

Якщо система періодично повертається у вихідний стан, то зміна її внутрішньої енергії ΔU=0. Тоді А=Q. Це означає, що неможливо створити періодично діючий механізм, який виконував би роботу, що перевищує отриману ним енергію, тобто вічний двигун першого роду.

Розглянемо друге начало термодинаміки. Карно теоретично розглянув роботу ідеальної теплової машини, що складається з одного моля ідеального газу, який є робочим тілом. Згідно першого начала термодинаміки, отримана газом, в результаті всього циклу Карно кількість теплоти, повинна дорівнювати виконаній за час циклу роботі: clip_image010[4].

clip_image012[4]

Таким чином в результаті циклу газ, отримавши кількість теплоти Q1 від нагрівача і передавши частину цієї кількості теплоти Q2 холодильнику, виконав зовнішню роботу, що дорівнює: clip_image014[4].

Віддача частини теплоти Q2 холодильнику є необхідною умовою виконання роботи, тоді A<Q1, тобто розглянута теплова машина не може всю отриману кількість теплоти повністю переводити в роботу. Дані формули є математичний виразом другого начала термодинаміки, яке можна сформулювати так: неможливий механізм, який всю отриману від нагрівача кількість теплоти повністю переводив би в роботу (вічний двигун другого роду); частина цієї кількості теплоти повинна віддатися холодильнику.

Оставьте комментарий к статье