Обратимые и необратимые процессы

IV. Второе начало термодинами

Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет указать направления протекания процессов. Кроме того, можно представить множество процессов, которые не противоречат первому началу, но в природе не осуществляются. Ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет, дает второе начало термодинамики. Оно определяет направление развития процессов.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, причем после проведении его в обратном направлении ни в самой системе, ни в окружающей ее среде не должно остаться никаких изменений.

Любой равновесный процесс является обратимым, поскольку все его промежуточные состояния являются равновесными и совершенно неважно идет процесс в прямом, или в обратном направлении. Медленные процессы (медленное расширение и сжатие газа) является равновесными (квазастатическими) и поэтому обратимы.

Реальные процессы, сопровождающиеся диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.) необратимы.

4.2. Круговые процессы.

Рис.4.1

Тепловые двигатели служат для превращения теплоты в механическую работу. Все тепловые машины (двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины, холодильные машины и т. д.) работают циклически. Круговым процессом (циклом)называется такой процесс, при котором система после прохождения ряда промежуточных состояний, возвращается в исходное, первоначальное состояние. На диаграмме цикл изображается замкнутой кривой. Если к газу в баллоне подвести некоторое количество теплоты , то согласно первому началу термодинамикионо расходуется на изменение внутренней энергии газа ()и на совершение им

работы () при расширении. Если процесс вести изотермически ( и ),

то вся подводимая теплота пойдет на совершение газом работы. Полезная положительная работа , совершаемая газом при его изотермическом расширении от объема до объема , измеряется площадью под кривой на диаграмме (рис.4.1). Для возвращения газа в исходное состояние его необходимо сжать. При этом газ совершит отрицательную работу , определяемую площадью под кривой . Суммарная

Рис.4.2

работа газа, равная площади ,будет положительной, если изотерма сжатия газа окажется ниже изотермы его расширения. Следовательно, сжатие газа должно происходить при более низкой температуре, чем расширение ().

Поэтому для работы тепловой машины необходимы: нагреватель (1), холодильник (2) и рабочее тело (3) (рис.4.2).

Дата добавления: 2014-01-06