Тепловые двигатели и холодильные машины

Второе и третье начала термодинамики

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:

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.

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

Теплоемкости и С_р при Т= 0 Кравны нулю, поскольку

; ; .

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 , называемого нагревателем, за цикл отнимается количе­ство теплоты , а термостату с более низкой температурой , называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты . При этом совершается работа (рис. 18).

Термический КПД двигателя:

Чтобы КПД был равен 1, необходимо, чтобы , а это запрещено

вторым началом термодинамики.

Процесс, обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине: от термостата с более низкой температурой за цикл отнимается количество теплоты и отдается термостату с более высокой температурой . При этом или .

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

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

. (69)

Дата добавления: 2013-12-12