Контрольная работа по термодинамике

Если у вас нету времени на контрошу по термодинамике вы всегда можете попросить меня, вам нужно написать мне, и я вам помогу онлайн или в срок 1-3 дня всё зависит что там у вас за работа, вдруг она огромная!

Чуть ниже размещён теоретический и практический материал, который вам поможет сделать работу если у вас много свободного времени и желания!

 

 

Введение в основы термодинамики

Термодинамика изучает различные состояния термодинамических систем, процессы перехода их из одного состояния в другое, оперируя термодинамическими, макропараметрами системы, не рассматривая корпускулярное строение вещества (термодинамический метод).

Состояние системы определяется значениями параметров состояния.

Для газа основными параметрами состояния являются P,V,T.

Контрольная работа по термодинамике

Имеет смысл говорить о равновесных состояниях термодинамических систем, это такие состояния, при которых любая часть системы имеет одно и тоже значение макропараметра. Состояние системы на PV-диаграмме можем изобразить точкой с координатами (P1V1) или (P2V2).

 

По этой ссылке вы сможете узнать как я помогаю с контрольными работами:

Помощь с контрольными работами

 

Термодинамический процесс – переход системы их одного состояния в другое. Процесс сопровождается изменением какого-то параметра, то есть нарушением равновесия. Однако, если процесс протекает бесконечно медленно, то есть отклонения от равновесия бесконечно мало, можно считать процесс равновесным, то есть проходящим через цепочку равновесных состояний.

Внутренняя энергия системы.

Внутренняя энергия – функция состояния системы (U), то есть в данном состоянии система обладает определенной внутренней энергией, определяемой величиной параметров состояния и не зависит от того, как она оказалась в этом состоянии.

Изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое равно разности внутренних энергий в этих состояниях, не зависимо от пути перехода. (Как работа консервативных сил).

Первый закон термодинамики.

Если два тела с разной температурой привести в соприкосновение, то в результате теплопередачи теплота (Q) от одного тела будет передаваться другому телу до тех пор пока система тел не достигнет равновесия, то есть Т=const. Теплота – количество внутренней энергии, передаваемой одним телом другому в процессе теплопередачи.

I закон термодинамики закон сохранения энергии в тепловых процессах (баланс энергии). Количество тепла, сообщенная системе идет на приращение ее внутренней энергии (на нагрев) и на работу, совершаемую системой.

Контрольная работа по термодинамике

где А – работа, совершаемая системой.

Внутреннюю энергию системы можно изменять, подводя к ней теплоту и совершая над ней работу.

1 кал = 4,18 Дж. Контрольная работа по термодинамике – механический эквивалент тепла.

Работа газов.

Невесомый поршень в цилиндре с площадью поперечного сечения F перемещается вниз на ∆h (газ сжимается). Работа внешней силы F равна:

Контрольная работа по термодинамике

На PV-диаграмме работа, совершаемая газом, равна площади под линией процесса.

Контрольная работа по термодинамике

I закон в дифференциальной форме

Контрольная работа по термодинамике

Из предыдущей лекции

Контрольная работа по термодинамике

 

По этой ссылке вы сможете научиться оформлять контрольную работу:

Теоретическая контрольная работа примеры оформления

 

Из уравнения состояния идеального газа

Контрольная работа по термодинамике

Тогда

Контрольная работа по термодинамике

Теплоемкость Теплоемкость тела равна количеству тепла, которое надо сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 К.

Контрольная работа по термодинамике -интегральная, суммарная теплоемкость системы

Контрольная работа по термодинамике – молярная теплоемкость

Контрольная работа по термодинамике - удельная теплоемкость

Изохорный процесс

Контрольная работа по термодинамике

Контрольная работа по термодинамике -молярная теплоемкость газа при V=const не зависит от параметров газа.

Контрольная работа по термодинамике

Изобарный процесс

Контрольная работа по термодинамике

 

По этой ссылке вы сможете заказать контрольную работу:

Заказать контрольную работу

 

Для одного моля газа

Контрольная работа по термодинамике

Контрольная работа по термодинамике показатель адиабаты

Адиабатический процесс.

Процесс без теплообмена с окружающей средой Q = 0

Первый закон термодинамики

Контрольная работа по термодинамике

Из уравнения состояния газа

Контрольная работа по термодинамике

Для одного моля газа

Контрольная работа по термодинамике

или

Контрольная работа по термодинамике

После интегрирования данного уравнения с учетом, что

Контрольная работа по термодинамике

получим

Контрольная работа по термодинамике

Контрольная работа по термодинамике - уравнение Пуассона для адиабатического процесса.

Контрольная работа по термодинамике

Если система изолированная, т.е. dQ=0 (энергия не подводится и не отводится от системы), то Контрольная работа по термодинамике система может совершать работу только за счет уменьшения своей внутренней энергии.

Следовательно, не возможен вечный двигатель I рода, т. е. устройство, вечно совершающее работу без потребления энергии из вне.

Работа при изопроцессах

Контрольная работа по термодинамике

Контрольная работа по термодинамике

Тепловые двигатели. Цикл Карно

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар).

Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.

Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (ΔU = 0):

A = Q.

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не представляет интереса для техники. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) 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. Круговые процессы изображаются на диаграмме (p, V) газообразного рабочего тела с помощью замкнутых кривых (рис. 1.5.9). При расширении газ совершает положительную работу A1, равную площади под кривой abc, при сжатии газ совершает отрицательную работу A2, равную по модулю площади под кривой cda. Полная работа за цикл A = A1 + A2 на диаграмме (p, V) равна площади цикла. Работа A положительна, если цикл обходится по часовой стрелке, и A отрицательна, если цикл обходится в противоположном направлении.

Контрольная работа по термодинамике

Рисунок 1.5.9. Круговой процесс на диаграмме (p, V). abc – кривая расширения, cda – кривая сжатия. Работа A в круговом процессе равна площади фигуры abcd.

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их невозможно провести, приводя рабочее тело в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Их нужно, по крайней мере, два. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником. Совершая круговой процесс, рабочее тело получает от нагревателя некоторое количество теплоты Q1 > 0 и отдает холодильнику количество теплоты Q2 < 0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно

Q = Q1 + Q2 = Q1 – |Q2|.

При обходе цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, следовательно, изменение его внутренней энергии равно нулю

(ΔU = 0). Согласно первому закону термодинамики,

ΔU = Q – A = 0.

Отсюда следует:

A = Q = Q1 – |Q2|.

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:

Контрольная работа по термодинамике

Коэффициент полезного действия указывает, какая часть тепловой энергии, полученной рабочим телом от «горячего» теплового резервуара, превратилась в полезную работу. Остальная часть (1 – η) была «бесполезно» передана холодильнику. Коэффициент полезного действия тепловой машины всегда меньше единицы (η < 1). Энергетическая схема тепловой машины изображена на рис. 1.5.10.

Контрольная работа по термодинамике

Рисунок 1.5.10. Энергетическая схема тепловой машины: 1 – нагреватель; 2 – холодильник; 3 – рабочее тело, совершающее круговой процесс. Q1 > 0, A > 0, Q2 < 0; T1 > T2.

В применяемых в технике двигателях используются различные круговые процессы. На рис. 1.5.11 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном двигателе и в дизельном двигателе. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30%, у дизельного двигателя – порядка 40 %.

Контрольная работа по термодинамике

Рисунок 1.5.11. Циклы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (1) и дизельного двигателя (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 (рис. 1.5.12).

Контрольная работа по термодинамике

Рисунок 1.5.12. Цикл Карно.

Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. На изотермическом участке (1–2) газ приводится в тепловой контакт с горячим тепловым резервуаром (нагревателем), имеющим температуру T1. Газ изотермически расширяется, совершая работу A12, при этом к газу подводится некоторое количество теплоты Q1 = A12. Далее на адиабатическом участке (2– 3) газ помещается в адиабатическую оболочку и продолжает расширяться в отсутствие теплообмена. На этом участке газ совершает работу A23 > 0. Температура газа при адиабатическом расширении падает до значения T2. На следующем изотермическом участке (3– 4) газ приводится в тепловой контакт с холодным тепловым резервуаром (холодильником) при температуре T2 < T1. Происходит процесс изотермического сжатия. Газ совершает работу A34 < 0 и отдает тепло Q2 < 0, равное произведенной работе A34. Внутренняя энергия газа не изменяется. Наконец, на последнем участке адиабатического сжатия газ вновь помещается в адиабатическую оболочку. При сжатии температура газа повышается до значения T1, газ совершает работу A41 < 0. Полная работа A, совершаемая газом за цикл, равна сумме работ на отдельных участках:

A = A12 + A23 + A34 + A41.

На диаграмме (p, V) эта работа равна площади цикла.

Как следует из первого закона термодинамики, работа газа при адиабатическом расширении (или сжатии) равна убыли ΔU его внутренней энергии. Для 1 моля газа

A = –ΔU = –CV(T2 – T1),

где T1 и T2 – начальная и конечная температуры газа.

Отсюда следует, что работы, совершенные газом на двух адиабатических участках цикла Карно, одинаковы по модулю и противоположны по знакам

A23 = –A41.

По определению, коэффициент полезного действия η цикла Карно есть

Контрольная работа по термодинамике

Цикл Карно замечателен тем, что на всех его участках отсутствует соприкосновение тел с различными температурами. Любое состояние рабочего тела (газа) на цикле является квазиравновесным, то есть бесконечно близким к состоянию теплового равновесия с окружающими телами (тепловыми резервуарами или термостатами). Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника:

Контрольная работа по термодинамике

Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы. Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.

 

Возможно вам пригодятся эти страницы:

Контрольная работа по теории игр заказать
Контрольная работа по теории государства заказать
Контрольная работа по культуре речи заказать
Контрольная работа по ботанике заказать

 

В реальных холодильных машинах используются различные циклические процессы. Все холодильные циклы на диаграмме (p, V) обходятся против часовой стрелки. Энергетическая схема холодильной машины представлена на рис. 1.5.13.

Контрольная работа по термодинамике

Рисунок 1.5.13. Энергетическая схема холодильной машины. Q1 < 0, A < 0, Q2 > 0, T1 > T2.

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q2| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Эффективность работы холодильника можно охарактеризовать отношением

Контрольная работа по термодинамике

то есть эффективность работы холодильника – это количество тепла, отбираемого от охлаждаемых тел на 1 джоуль затраченной работы. При таком определении βx может быть и больше, и меньше единицы. Для обращенного цикла Карно

Контрольная работа по термодинамике

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q1| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом. Эффективность βТ теплового насоса может быть определена как отношение

Контрольная работа по термодинамике

то есть количеством теплоты, передаваемым более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы. Из первого закона термодинамики следует:

|Q1| > |A|,

следовательно, βТ всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно

Контрольная работа по термодинамике

Второй закон (начало) термодинамики.

Первый закон термодинамики не устанавливает направление тепловых процессов. Однако, как показывает опыт, многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Например, при тепловом контакте двух тел с разными температурами тепловой поток всегда направлен от более теплого тела к более холодному. Никогда не наблюдается самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Следовательно, процесс теплообмена при конечной разности температур является необратимым.

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. При этом сама система и окружающие тела возвращаются к исходному состоянию.

Процессы, в ходе которых система все время остается в состоянии равновесия, называются квазистатическими. Все квазистатические процессы обратимы. Все обратимые процессы являются квазистатическими.

Если рабочее тело тепловой машины приводится в контакт с тепловым резервуаром, температура которого в процессе теплообмена остается неизменной, то единственным обратимым процессом будет изотермический квазистатический процесс, протекающий при бесконечно малой разнице температур рабочего тела и резервуара. При наличии двух тепловых резервуаров с разными температурами обратимым путем можно провести процессы на двух изотермических участках. Поскольку адиабатический процесс также можно проводить в обоих направлениях (адиабатическое сжатие и адиабатическое расширение), то круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат (цикл Карно) является единственным обратимым круговым процессом, при котором рабочее тело приводится в тепловой контакт только с двумя тепловыми резервуарами. Все остальные круговые процессы, проводимые с двумя тепловыми резервуарами, необратимы.

Необратимыми являются процессы превращения механической работы во внутреннюю энергию тела из-за наличия трения, процессы диффузии в газах и жидкостях, процессы перемешивания газа при наличии начальной разности давлений и т. д. Все реальные процессы необратимы, но они могут сколь угодно близко приближаться к обратимым процессам. Обратимые процессы являются идеализацией реальных процессов. Первый закон термодинамики не может отличить обратимые процессы от необратимых. Он просто требует от термодинамического процесса определенного энергетического баланса и ничего не говорит о том, возможен такой процесс или нет.

II закон термодинамики определяет, какие процессы возможны, какие невозможны и направление протекания процессов. Английский физик У. Кельвин дал в 1851 г. следующую формулировку второго закона:

В циклически действующей тепловой машине невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от единственного теплового резервуара. Гипотетическую тепловую машину, в которой мог бы происходить такой процесс, называют «вечным двигателем второго рода». В земных условиях такая машина могла бы отбирать тепловую энергию, например, у Мирового океана и полностью превращать ее в работу. Масса воды в Мировом океане составляет примерно 1021 кг, и при ее охлаждении на один градус выделилось бы огромное количество энергии (≈1024 Дж), эквивалентное полному сжиганию 1017 кг угля. Ежегодно вырабатываемая на Земле энергия приблизительно в 104 раз меньше. Поэтому «вечный двигатель второго рода» был бы для человечества не менее привлекателен, чем «вечный двигатель первого рода», запрещенный первым законом термодинамики. Немецкий физик Р. Клаузиус дал другую формулировку второго закона термодинамики:

В замкнутой системе невозможны такие процессы, единственным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого к телу более нагретому. (Клаузиус).

Холодильник: Но там происходят еще и другие изменения температуры, состояния системы.

Невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от некоторого тела определенного количества тепла и превращение его полностью в работу (Кельвин).

При T=const Q=A , но кроме этого изменяется еще и объем. Невозможен вечный двигатель второго рода.

Энтропия.

Энтропия-функция состояния системы. В термодинамике приращение энтропии равно суммарному приведенному количеству теплоты, полученной системой:

Контрольная работа по термодинамике

Отсюда следует, если система получает теплоту, то S возрастает, если система отдает теплоту, то S убывает.

Используя I закон термодинамики можно получить расчетные формулы для энтропии. В статистической физике Больцман установил статистический, вероятностный смысл энтропии.

Контрольная работа по термодинамике

где k-постоянная Больцмана;

W - термодинамическая вероятность, равная числу способов, которыми может быть реализовано данное состояние системы.

Чем выше вероятность состояния системы, тем выше значение энтропии.

Равновесное состояние системы наиболее вероятное.

При переходе системы из неравновесного состояния в равновесное значение энтропии возрастает, достигая в равновесном состоянии максимального значения.

Установлено, что энтропия мера хаоса, беспорядка в системе.

Чем выше беспорябо, хаос в системе, тем больше значение энтропии.

В изолированной системе процессы протекают в направлении перехода системы в равновесное состояние (когда молекулы, энергия равномерно, хаотически распределены по системе).

При этом энтропия системы возрастает.

Примеры с явлениями переноса.

Статистическая формулировка II закона термодинамики:

В изолированной системе все процессы протекают в направлении неубывания энтропии, т.е.

Контрольная работа по термодинамике

Третье начло термодинамики (теорема Нернста)

Контрольная работа по термодинамике