Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Контрольная работа по физике на тему термодинамика заказать

Я смогу помочь по термодинамике, напишите мне пожалуйста, но если у вас есть желание самим разобраться в контрольной и материале то я подготовила для вас эту статью.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Заказать работу по физике помощь в учёбе

Термодинамика

Задачи и методы теории теплоты

Теорией теплоты или термодинамикой называется раздел физики, изучающий общие свойства вещества, связанные с тепловым движением в условиях термодинамического равновесия. Под термодинамическим равновесием понимают такое состояние системы, при котором макроскопические величины — параметры, определяющие ее состояние, остаются со временем постоянными и равными своим средним значениям. Здесь под системой понимается совокупность рассматриваемых тел и полей.

Понятие о термодинамическом равновесии является идеализацией. Параметры состояния при равновесии, строго говоря, испытывают самопроизвольные небольшие колебания вблизи своих равновесных значений, равных их средним. Такие беспорядочные изменения значений параметров называют флуктуациями. Понятие термодинамического равновесия имеет смысл лишь по отношению к системе, состоящей из очень большого числа частиц. При таком равновесии происходят процессы на молекулярном уровне, а все макроскопические процессы прекращаются.


Термодинамика изучает также медленные процессы, называемые которые могут рассматриваться как непрерывная последовательность практически равновесных состояний. Она изучает общие закономерности перехода систем в состояния термодинамического равновесия. Исследованием флуктуаций занимается статическая термодинамика. Все термодинамические процессы сопровождаются обменом или превращением энергии.


В основе теоретических построений термодинамики положены аксиомы или начала термодинамики, которые являются обобщением опытных данных.


Систему, состоящую из макроскопических тел и полей, которые могут обмениваться энергией как между собой, так и с внешними телами и полями (с внешней средой), называют термодинамической системой. Обмен энергией в термодинамической системе и между ней и внешней средой осуществляется в форме работы и теплоты.


Общее начало термодинамики: вне зависимости от начального состояния изолированной (замкнутой) термодинамической системы в ней через некоторое конечное время всегда установится термодинамическое равновесие. Под изолированной (замкнутой) системой в термодинамике понимают систему, которая не обменивается энергией с окружающей ее внешней средой. Если отсутствует теплообмен между системой и внешней средой, то говорят об адиабатически изолированной системе. Если система обменивается энергией с внешней средой только путем теплообмена, то такая система называется изолированной в механическом отношении.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Решение задач по физике с примерами онлайн

Термодинамические параметры состояния системы


Из опыта следует, что некоторые свойства вещества могут быть исследованы с помощью макроскопических величин, характеризующих вещество в целом. Знание детального механизма молекулярного движения при этом не требуется. Такие макроскопические величины в термодинамике называют термодинамическими параметрами состояния. К ним относятся: давление, температура, плотность, концентрация, объем системы и др. Состояние вещества, описываемое макроскопическими параметрами, называют макроскопическим состоянием или макросостоянием.

Термодинамические параметры состояния имеют смысл средних значений некоторых функций за большой промежуток времени, полностью характеризующих состояние системы. Так, плотность вещества и давление постоянно беспорядочно изменяются со временем (флуктуируют). Физическая причина этому — тепловое движение молекул. В случае плотности Контрольная работа по физике на тему термодинамика тепловое движение приводит к изменению числа молекул в малой области с объемом Контрольная работа по физике на тему термодинамика и, следовательно, к изменению плотности в этой области. Аналогично давление Контрольная работа по физике на тему термодинамика также флуктуирует за счет изменения числа молекул, ударяющих в малую поверхность Контрольная работа по физике на тему термодинамика Опыт показывает, однако, что за промежуток времени Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — время одного столкновения, пря неизменных внешних условиях величины Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика приближаются к определенным пределам Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика которые и принимаются при макроскопическом описании состояния вещества за его плотность и давление. Подобным образом ведут себя и другие термодинамические параметры.


В термодинамике различают внутренние и внешние макроскопические параметры состояния вещества. Внутренние параметры описывают внутреннее состояние системы. Они зависят от (обобщениых) координат внешней среды и от средних значений координат и скоростей молекул системы. Внешние параметры характеризуют внешнюю среду, воздействующую на термодинамическую систему. Эти параметры определяются (обобщенными) координатами внешней среды.


Одни и те же параметры в различных термодинамических системах могут быть как внешними, так и внутренними. Так, для газа, заключенного в некоторый постоянный объем Контрольная работа по физике на тему термодинамика давление Контрольная работа по физике на тему термодинамика — внешний параметр, а объем Контрольная работа по физике на тему термодинамика — внутренний. Для газа, помещенного в цилиндр с подвижным поршнем, на который действует сила Контрольная работа по физике на тему термодинамика давление Контрольная работа по физике на тему термодинамика — внутренний параметр, а объем Контрольная работа по физике на тему термодинамика — внешний параметр.
Из опытных данных следует, что в состоянии термодинамического равновесия каждый внутренний параметр однозначно определяется внешними параметрами и температурой системы. Функцию, описывающую такую связь, называют обобщенным уравнением состояния системы.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа по физике заказать

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Первое начало термодинамики есть закон сохранения энергии для изолированной термодинамической системы. Оно устанавливает однозначную связь между количеством теплоты, сообщенной замкнутой системе, и изменениями ее внутренней энергии и выполненной за счет этой теплоты работы над внешней средой.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа на тему физика атомного ядра заказать

Количество теплоты. Теплоемкость тела

Количеством теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика называется энергия, которую передает одно тело другому непосредственно при контакте или путем излучения. Процесс передачи теплоты связан с работой, которую совершают молекулы вещества при хаотическом движении.
Единицей количества теплоты в Контрольная работа по физике на тему термодинамика является джоуль (Дж):
Контрольная работа по физике на тему термодинамика


Ранее использовалась единица теплоты калория
Контрольная работа по физике на тему термодинамика


Подобно другим видам энергии количество теплоты подчиняется закону сохранения. Если тело участвует в процессе, в котором оно получает и отдает теплоту, то количеству теплоты, которое получает это тело, приписывают знак плюс, а количеству теплоты, которое оно отдает,— знак минус.


Элементарное количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика сообщаемое телу для изменения его температуры от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика определяется формулой
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.1)
где Контрольная работа по физике на тему термодинамика характеризует вещество, из которого сделано тело, и называется теплоемкостью тела [20.3.2]. Из (20.1) следует, что
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.2)


т. е. теплоемкость какого-либо тела есть величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один кельвин. Теплоемкость Контрольная работа по физике на тему термодинамика зависит от массы тела, его химического состава и термодинамического состояния.

  • Различают удельную и молярную теплоемкости. Удельной теплоемкостью с называется теплоемкость единицы массы вещества. Если тело однородно, то Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — масса тела. Более удобной в термодинамике является молярная или молекулярная теплоемкость. Так называют теплоемкость одного моля вещества и обозначают Контрольная работа по физике на тему термодинамика. Между молярной и удельной теплоемкостями существует простая связь: Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — молярная масса вещества.


Единицами удельной с и молярной Контрольная работа по физике на тему термодинамика теплоемкости в Контрольная работа по физике на тему термодинамика являются:

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Из опыта следует, что количество теплоты, а значит, и теплоемкость зависит от вида термодинамического процесса, изменяющего состояние системы. Теплота (как и работа) не является функцией состояния. Математически это выражается в том, что элементарное количество теплоты не является полным дифференциалом, и обозначается Контрольная работа по физике на тему термодинамика т. е. Контрольная работа по физике на тему термодинамика есть бесконечно малая величина, но не приращение функции Контрольная работа по физике на тему термодинамика

С физической точки зрения различают два типа теплоемкости: при постоянном объеме и при постоянном давлении. Теплоемкостью при постоянном объеме Контрольная работа по физике на тему термодинамика называют теплоемкость (удельную и молярную), которую определяют при нагревании тела при постоянном объеме: Контрольная работа по физике на тему термодинамика (обозначают Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика). Теплоемкостью при постоянном давлении Контрольная работа по физике на тему термодинамика называют теплоемкость (удельную и молярную), которую определяют при нагревании тела при постоянном давлении: Контрольная работа по физике на тему термодинамика (обозначают Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика).

Таблица 20.1. Удельная теплоемкость Контрольная работа по физике на тему термодинамика некоторых веществ в твердом и жидком состояниях

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Общее количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика необходимое для повышения температуры дела от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика определяется формулой
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.3)
Зная Контрольная работа по физике на тему термодинамика можно найти среднюю теплоемкость
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.4)
где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — изменение температуры тела.


Теплоемкости твердых тел, жидкостей и газов зависят от их температуры. В диапазонах температур от - 40 °C до + 100 °C для ряда твердых тел и от 0 °C до 40 °C для жидкостей, однако, удельные теплоемкости остаются практически постоянными, равными своим средним значениям. В табл. 20.1 приведены теплоемкости некоторых веществ в твердом и жидком состояниях.


Удельная теплоемкость любого вещества увеличивается с повышением температуры. В диапазоне температур от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика где она слабо изменяется, количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика необходимое для нагревания тела от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика определяется формулой

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.5)

Таблица 20.2. Удельные теплоемкости Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика некоторых газов при Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — удельная теплоемкость, Контрольная работа по физике на тему термодинамика — масса тела, Контрольная работа по физике на тему термодинамика Количества теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика необходимые для нагрева газа в диапазоне температур от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика при постоянных объеме Контрольная работа по физике на тему термодинамика и давлении Контрольная работа по физике на тему термодинамика где удельные теплоемкости Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика остаются практически постоянными, выражаются соотношениями
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.6)


где Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика — удельные теплоемкости газа при постоянном объеме Контрольная работа по физике на тему термодинамика и давлении Контрольная работа по физике на тему термодинамика — масса газа. При нагреве газа при постоянном давлении Контрольная работа по физике на тему термодинамика его объем увеличивается. Количества теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика связаны между собой соотношением
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.7)


где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — работа, совершаемая газом при увеличении его объема на Контрольная работа по физике на тему термодинамика при нагревании при постоянном давлении Контрольная работа по физике на тему термодинамика. Из (20.7) следует, что всегда Контрольная работа по физике на тему термодинамика [16.6.2; 20.3.2]. Удельные теплоемкости некоторых газов приведены в табл. 20.2.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Помощь по физике онлайн

Первое начало термодинамики

Работа, внутренняя энергия, энтальпия. Элементарная работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика совершаемая системой при бесконечно малом квазистатическом расширении, сопровождающимся увеличением ее объема на Контрольная работа по физике на тему термодинамика выражается так [5.1]:
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.15)
где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — приращение объема, Контрольная работа по физике на тему термодинамика — площадь поверхности, перпендикулярно которой действует сила Контрольная работа по физике на тему термодинамика — давление.


Квазистатически м или квазиравновесным процессом называют такой идеализированный процесс, при котором система непрерывно переходит из одного равновесного состояния в другое близлежащее состояние равновесия. В случае квазистатических процессов внутреннее давление газа Контрольная работа по физике на тему термодинамика всегда равно внешнему давлению Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — работа внешних сил. Полная работа для конечного процесса между состояниями 1 и 2 определяется формулой
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.16)
Так как в общем случае давление Контрольная работа по физике на тему термодинамика является функцией не только объема Контрольная работа по физике на тему термодинамика но и температуры Контрольная работа по физике на тему термодинамика т. е. Контрольная работа по физике на тему термодинамика [17, 18], то работа
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.16) не определяется заданием начального и конечного состояний системы и зависит от способа (пути) перехода системы из одного состояния в другое. Работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика не является функцией состояния. Поэтому для обозначения элементарной работы используют символ Контрольная работа по физике на тему термодинамика (а не Контрольная работа по физике на тему термодинамика) подчеркивая тем самым тот факт, что она не есть полный дифференциал функции Контрольная работа по физике на тему термодинамика Используя уравнение состояния вещества, работу Контрольная работа по физике на тему термодинамика можно найти в явном виде.


Если система имеет много степеней свободы, а ее внутреннее состояние описывается внешними параметрами Контрольная работа по физике на тему термодинамика и температурой Контрольная работа по физике на тему термодинамика то элементарная работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика совершаемая системой над внешними телами, по определению имеет вид
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.17)

где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — функции внешних параметров состояния системы Контрольная работа по физике на тему термодинамика называемые обобщенными силами. В случае, например, прямоугольного параллелепипеда из однородного изотропного вещества Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — нормальные давления, действующие на грани параллелепипеда с площадями Контрольная работа по физике на тему термодинамика а Контрольная работа по физике на тему термодинамика — удлинения его ребер.

  • Систему называют адиабатически изолированной, если любые изменения температуры внешней среды не влияют на ее состояние. Состояние такой системы можно изменить, только изменяя внешние параметры. Для адиабатически изолированной системы ее внутреннюю энергию можно определить как некоторую функцию состояния Контрольная работа по физике на тему термодинамика приращение которой равно работе внешних сил Контрольная работа по физике на тему термодинамика над системой при переходе ее из начального состояния 1 в конечное состояние 2 по любому пути:

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.18)
где Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика — внутренние энергии системы в состояниях 1 и 2. Для квазистатического процесса Контрольная работа по физике на тему термодинамика и
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.19)

— работа системы над внешней средой при адиабатических процессах совершается за счет уменьшения внутренней энергии. Определение внутренней энергии системы в форме (20.18) позволяет измерить эту величину на опыте.


Согласно первому началу термодинамики количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика сообщенное системе, равно сумме изменения ее внутренней энергии Контрольная работа по физике на тему термодинамика и работы, совершаемой системой над внешней средой Контрольная работа по физике на тему термодинамика
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.20)

или в интегральной форме
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.21)
— полное количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика полученное системой, идет на приращение ее внутренней энергии Контрольная работа по физике на тему термодинамика и на совершение работы над внешней средой Контрольная работа по физике на тему термодинамика


Следствие первого начала термодинамики, если Контрольная работа по физике на тему термодинамика то Контрольная работа по физике на тему термодинамика — при круговом или циклическом процессе вся теплота, полученная системой, идет на производство работы над внешней средой. Отсюда следует, что невозможен циклический процесс, единственным результатом которого было бы производство работы системой без изменения ее внутренней энергии.


Первое начало термодинамики эквивалентно утверждению о невозможности создания вечного двигателя первого рода — устройства, которое при циклическом процессе совершало бы работу неограниченно долго во времени, не получая энергию (количество теплоты) из внешней среды.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Курсовая работа по физике заказать готовую онлайн

ВТОРОЕ И ТРЕТЬЕ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ

Второе и третье начала термодинамики устанавливают жесткие ограничения на протекание в изолированных системах обратимых и необратимых термодинамических процессов. Второе начало позволяет сделать вывод о направлении процесса и записать точные количественные соотношения между различными макроскопическими параметрами системы в состоянии термодинамического равновесия.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

РГР по физике расчетно графическая работа

Обратимые и необратимые процессы

Обратимым термодинамическим процессом называется такое изменение состояния системы, при котором она может возвращаться в начальное состояние без остаточных изменений в системе и во внешней среде. При этом предполагается прохождение системой в обратном порядке тех же промежуточных состояний, что и в прямом процессе. Процесс, в результате которого система не может возвратиться в начальное состояние без возникновения остаточных изменений в системе или окружающей среде, называется необратимым процессом. Переход теплоты от более нагретого тела к менее нагретому телу при их контакте является примером необратимого процесса.


Бесконечно медленный процесс, состоящий из непрерывной последовательности состояний равновесия или состояний, бесконечно мало отличающихся от равновесных, называется квазистатическим или равновесным процессом. Равновесные процессы являются обратимыми.
Реальные процессы могут приближаться сколь угодно близко к равновесному, если они протекают достаточно медленно. Необратимость процессов в природе не вытекает из первого начала термодинамики.


Самопроизвольный, т. е. без внешних воздействий, процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное называется процессом релаксации или просто релаксацией. Время такого перехода называют временем релаксации. Каждый параметр системы имеет свое время релаксации.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Задачи по физике с решением

Циклические процессы

Тепловой двигатель. Второе начало термодинамики. Циклическим или круговым процессом называется такая последовательность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.На диаграммах этот процесс изображается замкнутой кривой. На рис. 21.1 показана Контрольная работа по физике на тему термодинамика диаграмма кругового процесса. В процессе, происходящем по направлению часовой стрелки Контрольная работа по физике на тему термодинамика теплота превращается в механическую энергию.

В процессе, происходящем, против часовой стрелки Контрольная работа по физике на тему термодинамика механическая энергия превращается в теплоту. Точки 1 и 2 соответствуют начальным и конечным значениям давлений (Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика) и объемов (Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика) системы. Кривая Контрольная работа по физике на тему термодинамика описывает переход системы из начального состояния 1 в конечное состояние 2, а кривая Контрольная работа по физике на тему термодинамика — обратный процесс.

Система после получения в начальном состоянии 1 определенного количества теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика от нагревателя совершает положительную работу Контрольная работа по физике на тему термодинамика и переходит в конечное состояние 2. Затем после теплового контакта с холодильником она отдает ему часть количества теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика и за счет совершения над системой работы Контрольная работа по физике на тему термодинамика возвращается в натальное состояние. Систему, которая совершает круговой процесс, обмениваясь энергией (теплотой) с внешней средой (другими системами), называют рабочим телом или веществом. Устройство, которое совершает механическую работу за счет подводимой к нему теплоты называется тепловым двигателем или машиной. Рабочим телом в тепловых двигателях является вещество, к которому подводится теплота.

Часто таким веществом является газ. Под холодильником понимают тело, температура которого ниже температуры рабочего тела в конечном состоянии при совершении циклического процесса.

Холодильник — это тело, которому рабочее вещество передает теплоту. Тело, от которого рабочее вещество получает теплоту, называют нагревателем.

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Рис. 21.1

При прямом и обратном процессах (рис. 21.1) выполняется закон сохранения энергии, который согласно первому началу термодинамики (20.21) приводит к соотношениям

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.1)

где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя, Контрольная работа по физике на тему термодинамика — количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику, Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика— внутренняя энергия рабочего тела в начальном и конечном состояниях, Контрольная работа по физике на тему термодинамика — работа, совершаемая тепловой машиной, Контрольная работа по физике на тему термодинамика — работа внешних сил над ней. Таким образом, при совершении тепловым двигателем кругового процесса, нагреватель отдал теплоту Контрольная работа по физике на тему термодинамика, а холодильник получил теплоту Контрольная работа по физике на тему термодинамика. Их разность Контрольная работа по физике на тему термодинамика затрачена на совершение работы Контрольная работа по физике на тему термодинамика Отношение

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.2)

называется коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя или термическим КПД. Тепловой двигатель характеризуют также коэффициентом
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.3)

который равен количеству теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика (в джоулях), полученному холодильником, при выполнении рабочим телом работы в один джоуль. Коэффициент полезного действия Контрольная работа по физике на тему термодинамика определяет работу, совершенную тепловым двигателем за один цикл и приходящуюся на единицу затраченного на этот цикл количества теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика, подводимого от нагревателя. При этом всегда Контрольная работа по физике на тему термодинамика а Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Принцип Томсена: невозможен циклический процесс, единственны ч результатом которого было бы превращение теплоты, получаемой системой от внешней среды, в работу без изменений в окружающей среде.

Эквивалентные формулировки принципа Томсона.
1) невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения рабочего тела;
2) невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии рабочего тела.


Принцип Томсона является обобщением большого числа опытных данных. Его называют также постулатом второго начала термодинамики или просто вторым началом термодинамики.


Справедливость этого постулата подтверждают многочисленные его следствия, также согласующиеся с опытом. Этот принцип является фундаментальным. Он накладывает дополнительные строгие ограничения на возможности тепловых двигателей. Так, создание тепловой машины с Контрольная работа по физике на тему термодинамика т. е. Контрольная работа по физике на тему термодинамика не противоречит первому началу термодинамики, но запрещено принципом Томсона, согласно которому нельзя

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Рис. 21.2

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Рис. 21.3

совершать работу только за счет внутренней энергии рабочего тела. Тепловой двигатель с Контрольная работа по физике на тему термодинамика называют вечным двигателем второго рода.


Эквивалентные формулировки второго начала термодинамики:

  • 1) невозможен процесс, единственным результатом которого было бы превращение в работу всего количества теплоты, полученного системой;
  • 2) нельзя построить вечный двигатель второго рода.

Цикл Карно. Теоремы Карно.

Циклом Карно (1824) называется такой круговой процесс, при котором работа, совершаемая тепловым двигателем за счет подводимой к нему теплоты, максимальна. Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика диаграммы цикла Карно показаны на рис. 21.2 и 21.3. Они состоят из двух изотерм 1—2, 3—4 и двух адиабат 2—3, 4—1. Для осуществления процесса необходимо иметь нагреватель (тело с температурой Контрольная работа по физике на тему термодинамика отдающее теплоту), холодильник (тело с более низкой температурой Контрольная работа по физике на тему термодинамика которому теплота передается) и рабочее тело (вещество, посредством которого осуществляется передача теплоты и совершается сама работа).


Цикл Карно — квазистатический процесс. В начальном состоянии 1 рабочее тело с массой Контрольная работа по физике на тему термодинамика молярной массой Контрольная работа по физике на тему термодинамика и температурой Контрольная работа по физике на тему термодинамика приводят в тепловой контакт с нагревателем, имеющим постоянную температуру, равную Контрольная работа по физике на тему термодинамика. Переход из состояния 1 в состояние 2 по изотерме 1—2 Контрольная работа по физике на тему термодинамика (рис. 21.2, 21.3) соответствует бесконечно медленному уменьшению давления от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика за счет квазистатического увеличения объема рабочего тела от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика

При этом оно получает от нагревателя количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика и производит работу Контрольная работа по физике на тему термодинамика против сил внешнего давления.

В состоянии 2 рабочее вещество адиабатически изолируют Контрольная работа по физике на тему термодинамика и далее увеличение его объема от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика происходит по адиабате 2—3 до температуры холодильника Контрольная работа по физике на тему термодинамика и давления Контрольная работа по физике на тему термодинамика

На участке 2—3 рабочее тело также совершает работу против сил внешнего давления, равную Контрольная работа по физике на тему термодинамика

В состоянии 3 рабочее вещество приводят в тепловой контакт с холодильником и, непрерывно увеличивая давление от Контрольная работа по физике на тему термодинамика до Контрольная работа по физике на тему термодинамика изотермически Контрольная работа по физике на тему термодинамика сжимают его до состояния 4 с объемом рабочего тела Контрольная работа по физике на тему термодинамика

На участке 3—4 рабочее тело отдает холодильнику количество теплоты Контрольная работа по физике на тему термодинамика над рабочим телом производится работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика Состояние 4 выбирается так, чтобы из него можно было вернуть рабочее тело в состояние 1 с помощью квазистатического сжатия по адиабате 4—1 Контрольная работа по физике на тему термодинамика

При таком переходе над рабочим телом также совершается работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика а теплота не подводится, т. е. Контрольная работа по физике на тему термодинамика В результате цикла Карно полная работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика Графически работа Контрольная работа по физике на тему термодинамика представляется площадью, ограниченной кривой 12341 (заштрихованная область на рис. 21.2). Превращение теплоты в механическую энергию происходит не полностью, а лишь частично. При этом обязательно должно выполняться условие Контрольная работа по физике на тему термодинамика Коэффициент полезного действия по определению равен Контрольная работа по физике на тему термодинамика
Первая теорема Карно (1824): коэффициент полезного действия Контрольная работа по физике на тему термодинамика теплового двигателя, работающего по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя Контрольная работа по физике на тему термодинамика и холодильника Контрольная работа по физике на тему термодинамика но не зависит от свойств рабочего тела и конструкции двигателя:
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.4)

Вторая теорема Карно: из всех циклических процессов в термодинамике наибольшим коэффициентом полезного действия обладает цикл Карно: Контрольная работа по физике на тему термодинамика где Контрольная работа по физике на тему термодинамика определяется формулой (21.2). Из этой теоремы следует, что КПД любой тепловой машины не может превосходить КПД идеального теплового двигателя, работающего по циклу Карно при одинаковых температурах нагревателя и холодильника. При этом для процесса, рассматриваемого с точки зрения изменений состояния рабочего тела, справедливо неравенство Клаузиуса [21.3.1]
Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.5)

где Контрольная работа по физике на тему термодинамика — теплота, полученная рабочим телом от нагревателя, Контрольная работа по физике на тему термодинамика - теплота, отданная рабочим телом холодильнику, Контрольная работа по физике на тему термодинамика и Контрольная работа по физике на тему термодинамика — температура нагревателя и холодильника.

Знак равенства относится к обратимому круговому процессу. Вторая теорема Карно дает оценку для верхнего предела КПД любой реальной тепловой машины.


Теоремы Карно позволяют получать важные соотношения между физическими величинами, характеризующими систему в состоянии термодинамического равновесия. Приведем некоторые из этих соотношений для физически однородного тела, характеризуемого объемом Контрольная работа по физике на тему термодинамика температурой Контрольная работа по физике на тему термодинамика и давлением Контрольная работа по физике на тему термодинамика


1. Зависимость внутренней энергии Контрольная работа по физике на тему термодинамика от объема Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.6)

2. Зависимость энтальпии Контрольная работа по физике на тему термодинамика от давления Контрольная работа по физике на тему термодинамика

Контрольная работа по физике на тему термодинамика (21.7)

3. Для идеального газа

Контрольная работа по физике на тему термодинамика

т. е. внутренняя энергия Контрольная работа по физике на тему термодинамика и теплоемкость Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.28) не зависят от объема, а энтальпия Контрольная работа по физике на тему термодинамика и теплоемкость Контрольная работа по физике на тему термодинамика (20.29) не зависят от давления. В случае идеального газа все эти величины являются функциями только температуры.


Цикл Карно, происходящий по часовой стрелке (прямой цикл Карно) лежит в основе работы тепловых двигателей. Цикл Карно, который выполняется против часовой стрелки (обратный цикл Карно), лежит в основе работы холодильных машин.