Термодинамика это наука о тепловых явлениях

Термодинамика – это наука о тепловых явлениях. Термодинамика рассматривает изолированные системы тел, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия.

Термодинамически изолированной системой называется система, в которой все тепловые процессы происходят без контакта с телами не входящими в систему.

Термодинамическое равновесие – это такое состояние системы при котором прекратились все наблюдаемые макроскопические процессы

Основное свойство термодинамически равновесной системы выравнивание температуры всех ее тел. Термодинамический процесс - переход из одного равновесного состояния в другое.

Внутренняя энергия это кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия

Внутренняя энергия обозначается буквой - U. Измеряется в Дж Внутренняя энергия тела однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние тела.

Внутренняя энергия тела определяется по формулам i – число степеней свободы i = 3 для одноатомного, i = 5 для двухатомного, i = 6 для многоатомного газа;

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние или внутренние силы совершают работу - изменение внутренней энергии

Работа будет положительная, если газ сам совершает работу, его внутренняя энергия при этом уменьшается.

Работа будет отрицательной, если работа совершается над газом, его внутренняя энергия при этом увеличивается.

При изменении одного из трех макропараметров, изменение внутренней энергии можно найти по формулам

При изменении двух или трех параметров изменение внутренней энергии находится по другим формулам.

Если газ расширяется в цилиндре под поршнем, то внутренние силы газа совершают некоторую работу. Эта работа называется работой газа и обозначается А

Если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую работу Эта работа называется работой над газом и обозначается A`.

В обоих случаях объем газа изменяется на величину ΔV. Модуль работы в обоих случаях определяется как А= p. SΔx = pΔV, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение;

А работа газа и работа над газом связаны между собой соотношением А = - A`

При рассмотрении графика термодинамическог о процесса мы приходим к выводам 1. В координатных осях (p, V) работа численно равна площади фигуры образованной графиком процесса и прямыми проекции точек начала и конца процесса на ось V

2. Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное.

Во всех трех случаях газ совершает разную работу, равную площади под графиком процесса.

1 2 3 Наибольшая работа совершается в первом случае наименьшая в третьем.

Работа идеального газа в различных газовых процессах изотермический (при неизменной температуре)

изобарный (при неизменном давлении) изохорный (при неизменном объёме) А=0

адиабатный ( при отсутствии теплопередачи) А = - U Если работа, совершается не газом, а над газом, то мы применяем те же формулы, но со знаком «-»

Следовательно, внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом работу. Если же работу совершает само тело, то его внутренняя энергия уменьшается.

Обязательно повторить Что такое количество теплоты? Что такое внутренняя энергия? Что такое работа газа, работа над газом? С формулами и знаками.

Какие газовые законы (процессы) нам известны? Как определятся (т. е. по каким формулам) количество теплоты, внутренняя энергия и работа в различных газовых процессах?

Что называется термодинамикой? Что такое термодинамическая система? Какая система называется замкнутой термодинамической системой?

Первый закон термодинамики Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами Q = ΔU + A

Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя первого рода. (perpetuum mobile)

Рассмотрим как записывается первый закон термодинамики протекании различных газовых процессах.

При изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0 Q = A

При изобарном процессе (p = const) Q = ΔU + pΔV При адиабатном процессе Q = 0 A = –ΔU Адиабатный процесс - процесс, протекающий в отсутствие теплообмена с окружающими телами

Второй закон термодинамики Многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Обратимыми процессами называют процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний.

Второй закон термодинамики (Клаузиус, 1850 год): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым. (Томсон, 1851 год) невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии (Оствальд, 1901 год): невозможен вечный двигатель второго рода.

Тепловые двигатели – машины, преобразующие внутреннюю энергию тела (газа) в механическую работу.

Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества (газа, пара), которое называется рабочим телом. .

Все современные тепловые двигатели работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. .

Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. .

Принцип действия теплового Нагреватель двигателя Т 1 резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой холодильником Q 1 Рабочее тело Q 2 Холодильник Т 2 η=A/Q 1 А=Q 1 -Q 2

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Этот круговой процесс сыграл важную роль в развитии учения о тепловых процессах. Он называется циклом Карно

Полная работа A, совершаемая газом за цикл равна площади цикла.

Рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q 1 > 0 отдает холодильнику количество теплоты Q 2 < 0.

Работа совершаемая рабочим телом A = Q 1 – Q 2 Отношение работы A к количеству теплоты Q 1, полученному рабочим телом от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия тепловой машины:

Коэффициент полезного действия обозначается буквой Определяется по формуле

Максимальный КПД теплового двигателя полученный Карно определяется про формуле

Реально существующие тепловые двигатели реактивный двигатель паровая машина двигатель внутреннего сгорания паровая турбина

Вещества, содержащиеся в выхлопных газах карбюраторных ДВС, наносят вред окружающей среде. СО(угарный газ) – вызывает кислородное голодание, повышает уровень сахара в крови. СО 2 – парниковый эффект SO 2 и NO 2 – заболевания дыхательных путей, крови, сосудов.

Pb(свинец) – заболевания крови, нервные расстройства и др. Образуются кислотные дожди, токсичные вещества. Алканы, алкены – вызывают депрессию, образуют фотохимический смог, загрязнение воздуха.

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду. 1. При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

2. Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. 3. При сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.

4. При сжигании бензина автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

5. Производство электрической не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. А это приводить к постепенному повышению средней температуры на Земле.

Факторы негативного влияния ТД на окружающую среду: 1. загрязнение атмосферы 2. шумовые загрязнения 3. проблемы утилизации отработанных двигателей 4. загрязнение почвы 5. повышение температуры атмосферы

Пути уменьшения загрязнения окружающей среды 1. Использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизельных, в топливо которых не добавляют соединения свинца.

2. Использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей электродвигателей или двигателей, использующие в качестве топлива водород.

3. Увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.