Попробуем использовать интегрирующий делитель для приведения этого уравнения к уравнению в полных дифференциалах.
Вывод проводим для идеального газа.
, 
Энтропия показывает ценность теплоты, с другой стороны вероятность состояния.
Все процессы на Земле происходят с возрастанием энтропии, в конечном итоге.
Выводы возрастания энтропии относятся только к тепловым процессам, поскольку не учитывает более сложных процессов.
В отдельных процессах энтропия может убывать, но в целом в циклах или остается постоянной (в идеальном цикле) или возрастает в реальном цикле.
Положим, что процесс сжатия происходит по той же кривой, но в обратном направлении.
Работа сжатия выражается той же самой площадью, но имеет знак “-“.
Полезная работа равна нулю.
Для того чтобы получить полезную работу, отличающуюся от нуля необходимо, чтобы кривая расширения проходила выше кривой сжатия.
Для реализации такого процесса необходимо иметь два источника теплоты, верхний и нижний.
В работу мы можем превратить только часть теплоты, полученной от верхнего источника, другую часть мы должны передать нижнему источнику.
Существует идеальный цикл в котором можно получить максимальную идеальную работу – это цикл Карно.
В точке 1 – рабочее тело приходит в соприкосновение с верхним источником теплоты. Газ расширяется при постоянной температуре.
В точке 2 прекрщается связь с верхним источником теплоты и газ расширяется адиабатически до достижения температуры нижнего источника.
В точке 3 рабочее тело приходит в соприкосновение с нижним источником тепла и газ сжиматся при постоянной температуре.
В точке 4 прекращается связь с нижним
источником теплоты и в дальнейшем реализуется адиабатическое сжатие до
достижения температуры T
.
Поскольку dS=0, то адиабата будет выглядеть S=const,
если 
, то 
Так выглядит прямой цикл Карно в диаграмме dS=0.
Введем понятие КПД цикла Карно:
КПД цикла Карно не зависит от рабочего тела, от его вида, с помощью которых он осуществлен.
Обратный цикл Карно:
Это цикл идеальной холодильной машины или идеального теплового насоса.
Формулировка: теплота может самопроизвольно переходить от верхнего источника теплоты к нижнему (при этом мы можем получить полезную работу), обратный переход теплоты возможен только при затрате работы.
Любой самопроизвольный процесс необратим.
Пример:
Возьмем сосуд с разделенной перегородкой, по одну сторону один газ по другую – другой газ. Если убрать перегородку, то газы перемешаются, самопроизвольно. Разделить газы можно только при затрате работы.
Работа идеальной холодильной машины характеризуется холодильным коэффициентом.
Работа теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом.
Следует подчеркнуть, что отопительный коэффициент не коэффициент полезного действия, он не учитывает теплоту взятую от нижнего источника.
Электрическая энергия получается с КПД = 0.33, поэтому тепловой насос выгоден в том случае, если отопительный коэффициент выше трех.
В цикле Карно реализуется наибольшая часть, в работу превращается наибольшая часть теплоты. В этом цикле нижнему источнику передается наименьшая часть энергии. Количество энергии, передаваемое на увеличение по сравнению с циклом Карно, говорит о степени не идеальности цикла.
1.4. Первый закон термодинамики для открытых систем
Открытые термодинамические системы – это системы, у которых границы проницаемы для массы.
Пример – газовая система, турбина, отрезок трубопровода.
Выделим элемент жидкости (под жидкостью понимают и газ, и накопленную жидкость).
-мощность,
которую затрачивает внешний поток на вытеснение данного объёма.
- мощность,
которую затрачивает выделенный элемент на вытеснение жидкости, расположенной за
ним.
Основные допущения при выводе основного закона термодинамики:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.