ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сущность второго начала термодинамики из "Техническая термодинамика Издание 2 " Второе начало термодинамики опре деляет направление, в котором проте кают макроскопические процессы. 0нс выражается совокупностью положений обобщающих опытные факты и относЯ щихся, во-первых, к состояниям равно весия физических систем и, во-вторых к происходящим в этих системах про цессам. [c.49] Под количеством тепла Q или д в уравнениях (2-62) и (2-63) подразумевается как тепло, полученное текущим газом (или жидкостью) от внешней среды путем теплообмена с ней, так и тепло, выделяемое в потоке внутренними источниками тепла, например вследствие сгорания части газа, т. е. Q (и соответственно д) есть общее или суммарное количество тепла, полученное текущим газом на пути 1-2. Теплота трения в величину Q не входит. Действительно, при наличии трения на преодоление сил трения должна затрачиваться работа так как работа против сил трения полностью переходит в теплоту, то внутри данного количества текущего газа выделится количество тепла эквивалентное Е . Чтобы учесть влияние трения на течение газа (или жидкости), в правую часть уравнения (2-62) нужно подобно тому, как это было сделано для Е и Q, подставить значения Е и Вследствие. эквивалентности работы трения Е и теплоты трения тр величины взаимно сокращаются и, таким образом, выпадают из уравнения (2-62). Это объясняет нам, почему уравнение (2-62) или эквивалентные ему уравнения (2-63) и (2-59) справедливы как для течений обратимых, т. е. не сопровождающихся действием сил трения, так и для течений с трением и имеют один и тот же вид для обоих этих случаев. [c.49] Исходя лишь из первого начала термодинамики, допустимо считать, что любой мыслимый процесс, который не противоречит закону сохранения энергии, принципиально возможен и мог бы иметь место в природе. [c.49] Ответ на вопрос о направлении, в котором действительно происходит переход тепла в рассмотренном примере теплообмена между двумя телами и в других более сложных случаях, дает второе начало термодинамики, согласно которому тепло само собой переходит лишь оттелас более высокой температурой к телу с б о л е е низкой температурой, но никогда наоборот некомпенсированный переход тепла от тела с м еньшей температурой к телу с большей температурой невозможен. [c.50] Рассмотрим изолированную систему, состоящую из нескольких тел, способных совершать круговой процесс. Для того чтобы получить при помощи этих тел полезную работу, необходимо, чтобы тела не находились в равновесии друг с другом. Одним из возможных случаев будет тот, когда давления тел не равны друг другу, а температуры их одинаковы. В этом случае тела, обладающие большим внутренним давлением, будут расширяться и перемещать другие тела до тех пор, пока давления всех тел не уравновесятся. При этом будет совершаться положительная работа, однако только до момента установления равновесия. [c.50] Если бы удалось перевести тела из Д0стигнут01г0 ими состояния механического равновесия снова в состояние с различными значениями давления путем лишь одного понижения начальной температуры тел, без затраты полученной ранее работы, то тем самым стало бы1 возможным осуществление нового цикла изменения состояния системы, а следовательно, и непрерывное получение положительной работы. Это, однако, невозможно, т. е. нельзя использовать систему тел одинаковой температуры в качестве источника тепла для периодически действующего теплового двигателя, который производил бы полезную работу только за счет охлаждения этого единственного источника тепла. [c.50] В самом деле, для того, чтобы осуществить рабочий цикл такого двигателя, имеется только одна возможность подвергнуть рабочее тело (которым может служить одно из тел системы) адиабатическому расширению до некоторого состояния, после чего, приведя рабочее тело в контакт с остальными телами, произвести неравновесное нагревание рабочего тела до первоначальной температуры и далее изотермически сжать его до исходного состояния. [c.50] Так как согласно 2-8 всякий процесс, сопровождающийся, поглощением тепла, протекает в области, лежащей выше обратимой адиабаты, то линия неравновесного нагревания Ьс (она условно изображена пунктиром) пройдет выще и правее адиабаты аЬ (фиг. 3-1). [c.51] Этот наиболее общий вывод, характеризующий свойства тепловых двигателей, может рассматриваться как новая формулировка второго начала термодинамики. [c.51] Из этой формулировки вытекают для термически однородных систем два важных следствия, первое из которых относится к изотермическому, а второе — к адиабатическому процессу. [c.51] Чтобы убедиться в правильности этого утверждения, рассмотрим круговой изотермический процесс изменения состояния какой-либо термически однородной системы, в которой поддержание постоянной температуры системы осуществляется за счет источника тепла данной температуры. Та как работа системы при круговом процессе равна количеству полученного тепла, то если эта работа положительна, она должна быть произведена за счет охлаждения только единственного источника тепла, что согласно второму началу термодинамики невозможно следовательно, эта работа или равна нулю, или отрицательна. В обратимом процессе работа должна быть обязательно равна нулю, так как если бы она была отрицательной, то при перемене направления процесса (что вследствие обратимости процесса всегда возможно) работа стала бы положительной, что противоречит второму началу термодинамики. Для необратимых процессов работа имеет отрицательный знак, т. е. затрачивается. [c.51] Следовательно, в результате рассматриваемого кругового процесса совершалась бы положительная работа за счет охлаждения только одного тела, что согласно второму началу термодинамики невозможно поэтому невозможен и адиабатический переход системьи в любое состояние из данного. [c.52] Несмотря на принципиальное различие первого и второго начал термодинамики им можно придать некоторую общность в формулировках. Первое начало термодинамики утверждает, что невозможно производить работу из ничего, т. е. нельзя создавать вечный двигатель, который совершал бы работу без внешнего источника энергии. [c.52] Второе начало термодинамики утверждает, что нельзя непрерывно получать работу от тел, находящихся в теп-.ловом равновесии, несмотря на то, что эти тела обладают вполне определен- ным запасом внутренней энергии. [c.52] Следовательно, второе начало термодинамики может быть сформулировано еще и так вечный двигатель второго рода невозможен. [c.52] При сопоставлении вечных двигателей первого и второго рода становится более ясным фундаментальное различие обоих начал термодинамики, заключающееся в следующем. Формулировку первого начала термодинамики, утверждающего невозможность существования вечного двигателя первого рода, можно, как ясно из предыдущего, обратить, т. е. можно сказать, что работа не может ни производиться из ничего, ни бесследно уничтожаться. [c.52] В рассмотренном примере механическая работа превращалась в теплоту путем действия сил трения. Поэтому полученный результат можно сформулировать еще и следующим образом никаким способом нельзя полностью обратить процесс, п р и котором за счет трения возникает теплота. [c.53] Основываясь на втором начале термодинамики, мы пришли к выводу, что в тепловом двигателе производить полезную работу можно только в то м случае, если имеется несколько различных тел, не находящихся между собой в тепловом равновесии, т. е. имеющих различные температуры. [c.53] В рассмотренной схеме непрерывно действующего теплового двигателя одно и то же рабочее тело периодически повторяет тот же самый круговой процесс. В циклах реальных двигателей рабочее вещество обычно периодически обновляется, т. е. заменяется равным количеством того же самого вещества, находящегося в том же самом состоянии. С термодинамической точки зрения замена рабочего вещества может рассматриваться как возвращение отработавшего в двигателе вещества в исходное состояние. Поэтому цикл с заменой рабочего вещества принципиально ничем не отличается от цикла с е-обновляющимся рабочим телом, и мы можем при анализе различных тепловых двигателей обновление рабочего вещества не принимать во внимание. [c.54] Вернуться к основной статье