Основные положения второго закона термодинамики

Тема 3. Второй закон термодинамики.

Смесь идеальных газов.

Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси.

Парциальное давление – это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же оюъеме и при той же температуре, что и в смеси.

Газовая смесь подчиняется закону Дальтона:

║ Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ║ отдельных газов,

составляющих смесь.

Р = Р1 + Р2 + Р3 +... Рn = ∑ Рi, (2.14)

где Р1, Р2, Р3... Рn – парциальные давления.

Состав смеси задается объемными, массовыми и мольными долями, которые

определяются соответственно по следующим формулам:

r1 = V1 / Vсм; r2 = V2 / Vсм; … rn = Vn / Vсм, (2.15)

g1 = m1 / mсм; g2 = m2 / mсм; … gn = mn / mсм, (2.16)

r1′ = ν1 / νсм; r2′ = ν2 / νсм; … rn′ = νn / νсм, (2.17)

где V1; V2; … Vn; Vсм –объемы компонентов и смеси;

m1; m2; … mn; mсм – массы компонентов и смеси;

ν1; ν2; … νn; νсм – количество вещества (киломолей)

компонентов и смеси.

Для идеального газа по закону Дальтона:

r1 = r1′; r2 = r2′; … rn = rn′. (2.18)

Так как V1 +V2 + … + Vn = Vсм и m1 + m2 + … + mn = mсм,

то r1 + r2 + … + rn = 1, (2.19)

g1 + g2 + … + gn = 1. (2.20)

Связь между объемными и массовыми долями следующее:

g1 = r1·μ1/μсм; g2 = r2·μ2 /μсм; … gn = rn·μn /μсм, (2.21) где: μ1, μ2, … μn, μсм – молекулярные массы компонентов и смеси. Молекулярная масса смеси:

μсм = μ1 r1 + r2 μ2+ … + rn μn. (2.22)

Газовая постоянная смеси:

Rсм = g1 R1 + g2 R2 + … + gn Rn =

= Rμ (g1/μ1 + g2/μ2+ … + gn/μn) =

= 1 / (r1/R1 + r2/R2+ … + rn/Rn). (2.23)

Удельные массовые теплоемкости смеси:

ср см. = g1 ср 1 + g2 ср 2 + … + gn ср n. (2.24)

сv см. = g1 ср 1 + g2 сv 2 + … + gn сv n. (2.25)

Удельные молярные (молекулярные) теплоемкости смеси:

срμ см. = r1 срμ 1 + r2 срμ 2 + … + rn срμ n. (2.26)

сvμ см. = r1 сvμ 1 + r2 сvμ 2 + … + rn сvμ n. (2.27)

Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения. Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью и безусловно. Обратный процесс превращения теплоты в работу при непрерывном её переходе возможен только при определенных условиях и не полностью. Теплота сам собой может переходит от более нагретых тел к холодным. Переход теплоты от холодных тел к нагретым сам собой не происходит. Для этого нужно затратить дополнительную энергию.

Таким образом для полного анализа явления и процессов необходимо иметь кроме первого закона термодинамики еще дополнительную закономерность. Этим законом является второй закон термодинамики. Он устанавливает, возможен или невозможен тот или иной процесс, в каком направлении протекает процесс, когда достигается термодинамическое равновесие и при каких условиях можно получить максимальную работу.

Формулировки второго закона термодинамики.

Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий источник ихолодный источник (окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода.

1 формулировка (Оствальда):

| "Вечный двигатель 2-го рода невозможен".

Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>Q1, где Q1 - подведенная теплота. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q1в работу L, т.е. L

= Q1. Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L<Q1) на величину отведенной теплоты – Q2, т.е. L = Q1 - Q2.

Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q2 передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от

холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка

(Клаузиуса):

|| "Теплота не может самопроизвольно переходит от более

|| холодного тела к более нагретому".

Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно):

|| "Там где есть разница температур, возможно совершение

|| работы".

Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.

Дата добавления: 2014-01-07