Курс лекций по концепциям современного естествознания, страница 12

Полезная работа:

В координатах P от V площадь цикла соответствует полезной работе цикла. Полезная работа всегда больше для обратимого цикла.

Работа теплового двигателя

Тепловой двигатель – устройство, превращающее тепловую энергию в работу.

Состав:

1) Рабочее тело (цилиндр с газом и поршнем)

2) Нагреватель (передать цилиндру Q₁)

3) Холодильник (для охлаждения газа перед возвратом в начальное положение, то есть передать холодильнику Q₂)

Q₁ = ∆U₁₂ + A₁

-Q₂ = ∆U₁₂ – A₂

Если сложить равенства, то Q₁ – Q₂ = A₁ – A₂ = ∆A

∆A – полезная работа

Коэффициент полезного действия:

η = ∆A/Q₁             η = (Q₁ – Q₂)/Q₁

Максимальным КПД обладают тепловые машины, работающие по обратимому циклу, такие машины называются идеальными. Машин с КПД 100% НЕ БЫВАЕТ. В первые это осознал Карно (1824 год).

Формулировка второго начала термодинамики по Карно:

Не возможно осуществить такой периодически повторяющийся процесс, единственным следствием которого было бы полное превращения в работу теплоты, полученной от нагревателя.

Машины, которые работают в нарушение первого и второго начал термодинамики, называются вечные двигатели первого и второго рода соответственно.

Обратимые процессы в прямом и обратном направлении протекают самопроизвольно . Необратимые процессы в прямом направлении протекают самопроизвольно. А обратно только под действием внешних сил.

Второе начало термодинамики указывает возможное направление протекания процессов в природе.

Второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса

Теплота не может сама собой переходить от холодного к горячему.

Второе начало термодинамики в формулировке Кельвина

Невозможно построить тепловую машину, которая превращала бы в работу теплоту наиболее холодного из имеющихся в системе тел.

Процессы релаксации – процессы, стремящиеся перевести систему в начальное состояние

Мерой работоспособности системы является Энтропия. При переходе системы в начальное состояние Энтропия увеличивается и в начальном состоянии достигает своего максимального значения, при этом система перестаёт быть работоспособной.

Энтропия и вероятность

Представим некий замкнутый объем с газом. Если его сжать, а затем отпустить, то газ будет расширяться, пока не заполнить пустое пространство.

Чем меньше объем газ, тем меньше вероятность его существования.

Наиболее вероятное состояние газа то, при  котором он равномерно занимает весь объем.

Любая система, предоставленная самой себе будет переходить из менее вероятного состояния в более вероятное.

S – энтропия

W –вероятность существования системы

Уравнение Больцмана:

S = klnW

В замкнутой системе ∆S≥0 – Закон возрастания Энтропии (второе начало термодинамики)

В равновесном состоянии достигает максимума хаотичность молекул, поэтому энтропия – мера хаоса системы.

Третье начало термодинамики

Упорядоченность максимальна, когда прекращается хаотическое движение молекул (∆S=0)

Теорема Нернста:
Lim S=0

tà0      

Электромагнитные явления

Заряд – свойство элементарных частиц, благодаря которому осуществляется их взаимодействие посредством электромагнитного поля.

Свойства заряда:

1)  + и –

2)  Существует элементарный заряд (заряд квантуется): e  и q = +-Ne при N = 1,2,3…n

3)  Величина заряда не зависит от скорости его движения.

4)  Заряды могут исчезать и появляться, но всегда попарно (для электрона, например, существует антипод позитрон (положительно заряженный электрон))