‘≥зика > ƒругий закон термодинам≥ки та його значенн¤

ƒругий закон термодинам≥ки та його значенн¤

«м≥ст

I Ц ¬ступ 3-4ст.

II Ц ќсновна частина 5-26ст.

–озд≥л 1.¬иникненн¤ термодинам≥ки(закони термодинам≥ки)5-12ст.

–озд≥л 2.“еплов≥ двигуни ≥ холодильники 13-15 ст.

–озд≥л 3.≈фективн≥сть теплових двигун≥в ≥ другий закон термодинам≥ки 16-18 ст.

–озд≥л 4.ƒвигун  арно 19-20ст.

–озд≥л 5.Ќезд≥йсненна мр≥¤ (У¬≥чний двигунФ) 21-26ст.

I≤≤ Ц ¬исновки 27-28ст.

≤V - —писок використаних джерел 29ст.

¬ступ

¬≥дпов≥дно до першого початку термодинам≥ки, енерг≥¤ збер≥гаЇтьс¤. ћи можемо у¤вити соб≥ багато процес≥в, у ¤ких енерг≥¤ збер≥гаЇтьс¤, але в природ≥ так≥ процеси не спостер≥гаютьс¤. Ќаприклад, коли гар¤че т≥ло приводитьс¤ в контакт ≥з холодним, теплота завжди переходить в≥д гар¤чого т≥ла до холодного, а не навпаки. якби теплота все-таки переходила в≥д холодного т≥ла до гар¤чого, то енерг≥¤ й у цьому випадку збер≥галас¤ б, але такий процес у д≥йсност≥ не маЇ м≥сц¤. як другий приклад розгл¤немо, що в≥дбуваЇтьс¤ п≥сл¤ киданн¤ каменю, що падаЇ на поверхню «емл≥. ¬ м≥ру пад≥нн¤ камен¤ його початкова потенц≥альна енерг≥¤ переходить у к≥нетичну.  оли ж кам≥нь стикаЇтьс¤ з «емлею, його к≥нетична енерг≥¤ перетворюЇтьс¤ у внутр≥шню енерг≥ю камен¤ ≥ земл≥ (це означаЇ, що молекули цих т≥л починають рухатис¤ швидше, а њхн¤ температура пов≥льно зб≥льшитьс¤). ќднак чи приходилос¤ вам коли-небудь, спостер≥гати зворотне ¤вище, у процес≥ ¤кого спочиваючий на поверхн≥ «емл≥ кам≥нь раптом злет≥в у пов≥тр¤ завд¤ки тому, що теплова енерг≥¤ його (≥ навколишн≥х) молекул перетворилос¤ в к≥нетичну енерг≥ю руху каменю ¤к ц≥лого? ” цьому процес≥ енерг≥¤ збер≥галас¤ б, однак у д≥йсност≥ такого н≥коли не в≥дбуваЇтьс¤.

≤снуЇ багато приклад≥в ≥ ≥нших процес≥в, що можуть в≥дбуватис¤ в природ≥, тод≥ ¤к зворотн≥ њм н≥коли не в≥дбуваютьс¤. Ќаведемо ще два приклади такого роду. якщо ви насипаЇте в кухоль с≥ль, а пот≥м покриЇте його шаром перцю ≥ струснете кухоль, то, напевно, одержите добре перем≥шану сум≥ш. ќднак ск≥льки б ви не тр¤сли кухоль ще, дуже малоймов≥рно, щоб ц¤ сум≥ш знову розд≥лилас¤ на два шари - окремо с≥ль ≥ перець.  авова чашка чи скл¤нка роз≥б'ютьс¤, ¤кщо вони упадуть на п≥длогу, однак зворотнього процесу не спостер≥гаЇтьс¤.

якби у вс≥х вищенаведених прикладах зворотн≥ процеси реал≥зувалис¤, це не привело б до порушенн¤ першого початку термодинам≥ки. ƒл¤ того щоб по¤снити в≥дсутн≥сть оборотност≥ процес≥в, вчен≥ в друг≥й половин≥ минулого стол≥тт¤ прийшли до формулюванн¤ нового закону, в≥домого за назвою другий початок термодинам≥ки. ¬≥дпов≥дно до цього закону, можна судити про те, ¤к≥ процеси можлив≥ в природ≥, а ¤к≥ неможлив≥. ƒругий початок термодинам≥ки можна сформулювати багатьма способами, причому ус≥ вони екв≥валентн≥ один одному. ќдне з формулювань, що належить –.ё.Ё.  лауз≥усу (1822-1888), говорить, що теплота в природних умовах переходить в≥д гар¤чого т≥ла до холодного, у той час, ¤к в≥д холодного т≥ла до гар¤чого теплота сама по соб≥ не переходить. ќск≥льки це твердженн¤ в≥дноситьс¤ до процесу визначеного типу, не ц≥лком очевидно, ¤ким чином застосувати його до ≥нших процес≥в. ѕотр≥бно б≥льш загальне формулюванн¤, у ¤кому ¤вно будуть врахован≥ й ≥нш≥ можлив≥ процеси..

≤сторично б≥льш загальне формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки виробл¤лос¤ в основному в ход≥ вивченн¤ теплових двигун≥в (чи, ¤к њх називали ран≥ше Ц теплових машин). “епловий двигун - це будь-¤кий пристр≥й, що перетворить теплову енерг≥ю в механ≥чну роботу. Ќижче ми перейдемо до вивченн¤ теплових двигун≥в, що становить ≥нтерес ≥з практичноњ точки зору ≥ демонструЇ њхню важлив≥сть дл¤ загального формулюванн¤ другого початку термодинам≥ки.

ћета ц≥Їњ роботи Ц вивченн¤ закон≥в термодинам≥ки, що даЇ змогу по¤снити хибн≥сть у¤вленн¤ про Ув≥чний двигунФ.

¬ робот≥ досл≥джуЇтьс¤ виникненн¤ термодинам≥ки ¤к необх≥дн≥сть розробки теоретичних основ теплових машин та значенн¤ другого закону термодинам≥ки, ¤кий по¤снюЇ неможлив≥сть перетворенн¤ тепловоњ енерг≥њ в механ≥чну.

–озд≥л 1

¬иникненн¤ термодинам≥ки

“еплов≥ ¤вища в≥др≥зн¤ютьс¤ в≥д механ≥чних ≥ електромагн≥тних тим, що закони теплових ¤вищ необоротн≥ (тобто теплов≥ процеси сам≥ йдуть лише в одному напр¤мку) ≥ що теплов≥ процеси зд≥йснюютьс¤ лише в макроскоп≥чних масштабах, а тому використовуван≥ дл¤ опису теплових процес≥в пон¤тт¤ ≥ розм≥ри (температура, к≥льк≥сть теплоти ≥ т.д.) також мають т≥льки макроскоп≥чний зм≥ст (про температуру, наприклад, можна говорити стосовно до макроскоп≥чного т≥ла, але не до молекули або атому). ¬одночас знанн¤ будови речовини необх≥дно дл¤ розум≥нн¤ закон≥в теплових ¤вищ.

“≥ло, анал≥зоване з термодинам≥чноњ позиц≥њ, Ї нерухомим, що не волод≥Ї механ≥чною енерг≥Їю. јле таке т≥ло маЇ внутр≥шню енерг≥ю, що складаЇтьс¤ з енерг≥й електрон≥в, що рухаютьс¤, ≥ т.д. ÷¤ внутр≥шн¤ енерг≥¤ може зб≥льшуватис¤ або зменшуватис¤. ѕередача енерг≥њ може зд≥йснюватис¤ шл¤хом передач≥ в≥д одного т≥ла до ≥ншого п≥д час виконанн¤ над ними роботи ≥ шл¤хом теплообм≥ну. ¬ другому випадку внутр≥шн¤ енерг≥¤ переходить в≥д б≥льш нагр≥того т≥ла до менше нагр≥того без виконанн¤ роботи. ѕередану енерг≥ю називають к≥льк≥стю теплоти, а передачу енерг≥њ - теплопередачею. ” загальному випадку обидва процеси можуть зд≥йснюватис¤ одночасно, коли т≥ло втрачаючи внутр≥шню енерг≥ю може зд≥йснювати роботу ≥ передавати теплоту ≥ншому т≥лу. ƒо розум≥нн¤ цього вчен≥ прийшли не в≥дразу. ” XVIII ≥ перш≥й половин≥ XIX ст. було характерно розум≥ти теплоту ¤к невагому р≥дину (речовину).

”¤вленн¤ про теплоту ¤к форми руху др≥бних часток матер≥њ з'¤вилос¤ ще в XVII стол≥тт≥. ÷их погл¤д≥в притримувалис¤ Ѕекон, ƒекарт, Ќьютон, √ук, Ћомоносов. ѕроте й у XIX стол≥тт≥ концепц≥¤ теплороду розгл¤далас¤ багатьма вченими. Ќаприк≥нц≥ XVIII стол≥тт¤ Ѕ.“омпсон (граф –умфорд) ви¤вив вид≥ленн¤ великоњ к≥лькост≥ тепла п≥д час висвердлюванн≥ каналу в гарматному стовбур≥, що вважав доказом того, що теплота Ї формою пр¤муванн¤. ќдержанн¤ теплоти за допомогою терт¤ п≥дтвердили досл≥ди √.ƒев≥. Ѕ.“омпсон показав, що з обмеженоњ к≥лькост≥ матер≥њ може бути отримана необмежена к≥льк≥сть теплоти.

¬иникненн¤ власне термодинам≥ки починаЇтьс¤ з роботи —. арно (сам терм≥н "термодинам≥ка" введений Ѕ.“омпсоном). ƒосл≥джуючи практичну задачу одержанн¤ пр¤муванн¤ з тепла стосовно до парових машин, в≥н зрозум≥в, що принцип одержанн¤ пр¤муванн¤ з тепла необх≥дно розгл¤дати не т≥льки стосовно парових машин, але до будь-¤ких у¤вних теплових машин. “ак був сформульований загальний метод розвТ¤зку задач≥ - термодинам≥чний, що заклав основу термодинам≥ки. ¬изначаючи коеф≥ц≥Їнт корисноњ д≥њ теплових машин,  арно ув≥в св≥й знаменитий цикл, що складаЇтьс¤ з двох ≥зотерм≥чних (¤к≥ в≥дбуваютьс¤ при пост≥йн≥й температур≥) ≥ двох ад≥абатичних (без припливу ≥ в≥ддач≥ тепла) процес≥в.   ƒ циклу  арно не залежить в≥д властивостей робочого т≥ла (пари, газу ≥ т.д.) ≥ визначаЇтьс¤ температурами теплов≥ддатчика ≥ теплоприймача.   ƒ будь-¤коњ тепловоњ машини не може бути при тих же температурах теплов≥ддатчика ≥ теплоприймача вище   ƒ циклу  арно.

 арно першим розкрив зв'¤зок теплоти з роботою. јле в≥н виходив ≥з концепц≥њ теплороду, що визнавала тепл≥сть незм≥нноњ по к≥лькост≥ субстанц≥Їю. ¬одночас  арно вже зрозум≥в, що робота паровоњ машини визначаЇтьс¤ загальним законом переходу тепла в≥д б≥льш високих до б≥льш низьких температур, тобто що не може бути безмежного в≥дтворенн¤ руш≥йноњ сили без витрат теплороду. “аким чином, робота рекомендувалас¤ ¤к результат перепаду теплороду з вищого р≥вн¤ на нижч≥. ≤накше кажучи, теплота може створювати роботу лише при на¤вност≥ р≥зниц≥ температур. «а своњм зм≥стом це ≥ складаЇ основу другого початку термодинам≥ки.   ƒ тепловоњ машини ви¤вивс¤ залежним не в≥д робочоњ речовини, а в≥д температури теплов≥ддатчика ≥ теплоприймача. ¬се це дозволило  арно прийти до визнанн¤ принципу неможливост≥ створенн¤ в≥чного двигуна першого роду (тобто пост≥йно працюючоњ машини, що, будучи ¤кось запущеною, виконувала б роботу без притоку енерг≥њ ззовн≥).

”св≥домлюючи хибн≥сть теор≥њ теплороду,  арно зрештою в≥дмовл¤Їтьс¤ в≥д визнанн¤ теплоти незм≥нноњ по к≥лькост≥ субстанц≥Їю ≥ даЇ значенн¤ механ≥чного екв≥валента теплоти. јле публ≥кац≥¤ цього висновку була зд≥йснена вже п≥сл¤ винайденн¤ закону збереженн¤ енерг≥њ, тому даний висновок не мав того значенн¤, ¤ке б мав. будучи опубл≥кованим ран≥ше. јле так чи ≥накше  арно заклав основи термодинам≥ки ¤к под≥лу ф≥зики, що вивчаЇ найб≥льше загальн≥ властивост≥ макроскоп≥чних систем, що знаход¤тьс¤ в стан≥ термодинам≥чноњ р≥вноваги, ≥ процеси переходу м≥ж цими станами. “ермодинам≥ка стала розвиватис¤ на основ≥ фундаментальних принцип≥в або початк≥в, що Ї узагальненн¤м результат≥в численних спостережень ≥ експеримент≥в.

б) ѕерший початок термодинам≥ки (закон збереженн¤ енерг≥њ в застосуванн≥ до термодинам≥чних процес≥в) говорить про те, що наданн¤ термодинам≥чн≥й систем≥ (наприклад, пари в теплов≥й машин≥) визначеноњ к≥лькост≥ теплоти в загальному випадку в≥дбуваЇтьс¤ п≥д час зб≥льшенн≥ внутр≥шньоњ енерг≥њ системи ≥ вона зд≥йснюЇ роботу проти зовн≥шн≥х сил. ¬ище в≥дзначалос¤, що першим, хто поставив теплоту у зв'¤зок ≥з роботою, був  арно, але його робота в силу сп≥зн≥лоњ публ≥кац≥њ не зробила вир≥шального впливу на формуванн¤ першого початку термодинам≥ки. ≤де¤ про те, що теплота - не субстанц≥¤, а сила (енерг≥¤), одн≥Їњ з форм ¤коњ ≥ Ї теплота, причому ц¤ сила, у залежност≥ в≥д умов, виступаЇ у вид≥ руху, електрики, св≥тла, магнетизму, теплота, що можуть перетворюватис¤ один в одного, ≥снувала в розумах досл≥дник≥в. ƒл¤ перетворенн¤ ц≥Їњ ≥дењ в ¤сне ≥ точне пон¤тт¤, необх≥дно було визначити загальну м≥ру ц≥Їњ сили. це зробили, незалежно один в≥д одного, –.ћайер, ƒ.ƒжоуль ≥ √.√ельмгольц.

1	2	3	4

Ќазва: ƒругий закон термодинам≥ки та його значенн¤
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (5886 прочитано)