ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Второе начало термодинамики 3- 1. Сущность второго начала термодинамики из "Техническая термодинамика " Второе начало термодинамики определяет направление, в котором протекают реальные макроскопические процессы. Оно выражается совокупностью положений, обобщающих опытные факты и относящихся, во-первых, к состояниям равновесия термодинамических систем и, во-зторых, к происходящим в этих системах процессам. [c.56] Исходя из одного 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.56] Можно было бы предположить, например, что при теплообмене между двумя телами с различными температурами тепло может переходить как ст тела с больщей температурой к телу с меньшей температурой, так и наоборот от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. Единственное ограничение, налагаемое первым началом термодинамики на этот процесс, заключается в требовании равенства количеств тепла, отданного первым и полученного вторым телом (при условии, что при этом не производится полезной внешней работы). [c.56] Ответ на вопрос о направлении, в котором действительно происходит переход тепла между двумя телами и в других более СЛОЖНЫХ случаях, дает второе начало термодинамики, согласно которому тепло само собой переходит лишь от тела с более высокой те мш ер ату р о й те л у с б о л ее н и з ко й температурой, но никогда наоборот некомпенсированный переход тепла от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой невозможен. Из этого утверждения, которое представляет собой одну из формулировок второго начала термодинамики, следует, что никакими способами невозможно заставить тепло перейти от менее нагретого тела к более нагретому так, чтобы другие участвующие в процессе тела по окончании процесса возвратились к своему первоначальному состоянию, т. е. без того, чтобы у окружающих тел появились какие-то остаточные или компенсационные изменения (например, без затраты работы или осуществления какого-либо другого, эквивалентного по возможности произвести полезную внешнюю работу, процесса). Наоборот, от более нагретого тела к менее нагретому тепло может переходить самой собой, т. е. если даже в этом процессе и участвуют какие-либо другие тела, то по окончании процесса эти тела могут возвратиться В свое ИСХОДНО0 состояние. Это оэначабт, что, в частности, процесс теплообмена при конечной разности температур представляет собой строго односторонний необратимый процесс. [c.56] Тепловой двигатель, или просто двигатель, представляет собой непрерывно действующее устройство, результатом действия которого является превращение тепла в работу. [c.57] Назовем двигатель, который полностью превращает в работу тепло, полученное от какого-либо тела, и притом так, что телам с меньшей темп 1ратурой, участвующим в процессе, не передается сколько-нибудь тепла, вечным двигателем второго рода. [c.57] С помощью вечного двигателя второго рода можно получать работу за счет охлаждения одного тела (т. е. единственного источника тепла) без того, чтобы часть отданного лоточником тепла переходила к другим телам. Тепло, передаваемое от источника тепла другим телам в процессе преобразования тепла в работу, называют остаточным изменением , компенсационным эффектом или просто компенсацией . [c.57] Вечный двигатель второго рода невозможен. Другими словами, нельзя осуществить теп л о ib ой двигатель, единственным результатом действия которого было бы превращение тепла какого-либо тела в работу без того, чтобы часть тепла передавалась другим телам. Это утверждение находится в полном соответствии со вторым началом термодинамики в его первой формулировке. Действительно, если бы можно былс получать положительную работу за счет охлаждения только одного единственного источника тепла и притом так, чтобы все отданное источником тепло превращалось в работу без передачи некоторой доли этого тепла присутствующим телам с более иизкой, чем у источника, температурой, то, превратив полученную работу в тепло при температуре более высокой, чем температура источника, мы тем самым осуществили бы перенос тепла к телу с более высокой температурой без каких-либо остаточных изменений в состоянии участвующих в процессе тел, что, как мы уже знаем, невозможно. [c.57] Из второй формулировки второго начала термодинамики вытекают для термически однородных систем два важных следствия, первое из которых относится к изотермическим, а второе — к адиабатическим процессам. [c.57] Первое начало термодинамики утверждает, что невозможно получать работу из ничего, т. е. нельзя создать вечный двигатель, который производил бы полезную работу без внешнего источника энергии (такой двигатель называют (вечным двигателем первого рода). [c.58] Второе начало термодинамики утверждает, что нельзя непрерывно получать работу от тел, находящихся в тепловом равновесии, несмотря на то, что эти тела обладают вполне определенным запасом внутренней энергии, т. е. невозможно создать вечный двигатель второго рода. [c.58] При сопоставлении вечных двигателей первого и второго рода становится более ясным фундаментальное различие обоих начал термодинамики, заключающееся в следующем. [c.58] В рассмотренном примере механическая работа превращалась в теплоту путем действия сил трения. Поэтому полученный результат можно сформулировать еще и следую1 им образом никаким способом нельзя полностью обратить процесс, при котором за счет трения возникает теплота. [c.59] Для того чтобы полезная работа за цикл была по возможности большей, в качестве рабочего тела целесообразно, во всяком случае на стадии расширения, брать газы или тары, обладающие способностью значительного увеличения своего объема, а следовательно, и наибольшей в данных условиях работой расширения. [c.59] Работа, производимая тепловым двигателем за один цикл, по своей абсолютной величине согласно первому началу термодинамики [см. уравнения (2-6) и (2-7)] будет независимо от того, обратимы или необратимы процессы в двигателе, равна разности между абсолютным значением количества тепла Qil, отданного рабочему телу теплоотдатчи-ком, и абсолютным значением количества тепла IQ2I, полученного от рабочего тела теплоприемника, т. е. [c.60] Из рассмотрения рабочего процесса теплового двигателя видно, что тепло, отдаваемое более нагретым телом, превращается в работу не полностью некоторая доля этого тепла передается посредством рабочего тела менее нагретому телу. Переход тепла от более нагретых тел к менее нагретым в результате действия теплового двигателя и обусловленные этим переходом изменения состояния тел по сравнению с начальным и представляют собой те изменения участвующих в процессе тел или компенсационные эффекты, которыми согласно второму началу термодинамики обязательно сопровождается любой как обратимый, так и необратимый круговой процесс превращения тепла в работу равенство jiQal нулю оэначало бы, что работа производится только за счет охлаждения одного источника тепла, а именно более нагретого тела. Этот результат, относящийся к круговым процессам, выражают еще следующим образом превращение тепла в работу всегда сопровождается компенсирующим переходом некоторого количества тепла от более нагретого к менее нагретому телу. [c.60] В рассмотренной схеме непрерывно действующего теплового двигателя одно и то же рабочее тело периодически повторяет тот же круговой процесс. В циклах реальных двигателей рабочее вещество часто периодически обновляется, т. е. заменяется равным количеством находящегося в том же состоянии свежего вещества. С термодинамической точки зрения замена рабочего вещества может рассматриваться как возвращение отработавщего в двигателе вещества в исходное состояние. Поэтому цикл с заменой рабочего вещества принципиально ничем не отличается от цикла с одним и тем же рабочим телом и мы можем при анализе различных тепловых двигателей обновление рабочего вещества не принимать во внимание. [c.60] Значение второго начала термодинамики для теории тепловых двигателей заключается в том, что оно определяет степень полезного использования тепла в двигателе. [c.60] Поскольку в тепловых двигателях в работу может быть превращена лищь часть подведенного тепла, полезное действие, а следовательно, и экономичность двигателя характеризуются отношением количества тепла, превращенного в полезную работу, ко всему подведенному теплу. Это отношение называется э ф ф е к т и в н ы м к. п. д. д в и г а т е-л я. Предельное значение его устанавливается на основе второго начала термодинамики. [c.60] Вернуться к основной статье