Начало термодинамики второе среды

Нелинейная термодинамика коренным образом изменяет статус второго начала термодинамики. Действительно, этот закон, как видим, определяет не только разрушение структур при необратимых процессах вблизи равновесного состояния, но и возникновение структур при необратимых процессах вдали от равновесия открытой системы. Отражая необратимость всех реальных процессов, второе начало выражает, таким образом, закон развития материи. Такое понимание второго начала термодинамики снимает кажущееся противоречие между этим законом о возрастании энтропии и беспорядка в замкнутой системе и теорией эволюции Дарвина о возникновении все более сложных и самовоспроизводящихся структур в живой природе. Заметим, что дело здесь не только в том, что живая система является открытой, поскольку вместе со средой она образует закрытую систему, энтропия которой также возрастает при усложнении живой системы. [c.281]

Второе начало термодинамики устанавливает, что при отсутствии теплообмена с внешней средой энтропия термодинамической системы является неубывающей функцией (ds 0). Удобное аналитическое выражение энтропии можно получить, используя формулу (11.8) [c.411]

Как уже отмечалось, интегрирующих множителей Л существует множество. Исходя из второго начала термодинамики, можно утверждать, что среди них существует один интегрирующий множитель, который зависит только от температуры t. Чтобы показать это, воспользуемся тем условием, что dS есть полный дифференциал тогда [c.87]

Допустим, что может быть осуществлен механизм, например поршень, который приводится в одностороннее движение флуктуациями плотности среды, находящейся в цилиндре под поршнем. При помощи такого рабочего механизма можно было бы извлекать из среды, находящейся в термодинамическом равновесии (т. е. имеющей повсюду одинаковую температуру), положительную работу. Легко убедиться, что в действительности осуществление подобного механизма невозможно. В самом деле, сам рабочий механизм, так же как и среда, подвержен в силу своей молекулярной структуры флуктуациям. Флуктуации среды и механизма независимы и будут происходить в различные моменты времени в разных направлениях, так что если под действием флуктуаций среды поршень сместился вверх, то через некоторое время из-за собственных флуктуаций он сместится вниз, в результате чего среднее по времени смещение поршня окажется равным нулю. Поэтому будет равна нулю и работа, произведенная поршнем. Следовательно, использовать флуктуации для создания вечного двигателя второго рода невозможно и утверждение второго начала термодинамики о неосуществимости вечного двигателя второго рода сохраняет свою силу и при статическом рассмотрении физических систем. [c.106]

Первое начало термодинамики представляет собой мощное сред ство как научного познания природы, так и создания второй при роды — техники. Для уже существующих систем оно позволяет иро< верить правильность любых теорий или результатов экспериментов, связанных с энергетикой. Если баланс по теории или по измерениям не сходится, значит, где-то допущена ошибка. Для вновь изобретенных систем проверка их энергетического баланса обязательна. Если IF", то система существовать не может. При W> U- -W" энергия в ней уничтожается , а при №"<Д(У+117" — возникает из ничего (ррт-1). Первый закон показывает, что все это абсолютно невозможно, или, как иногда говорят, запрещено. [c.88]

В. Томсона и М. Планка. В природе невозможен процесс, полный эффект которого состоял бы в охлаждении теплового резервуара и в эквивалентной механической работе . Этот запрет был сформулирован в эпоху господства тепловых машин, непосредственно превращавших теплоту в работу. Разумеется, что обычная тепловая машина не способна работать за счет охлаждения теплового резервуара. Описываемые же концентраторы энергии получают энергию из среды окольным путем, причем без нарушения второго начала термодинамики, конкретизацией которого является упомянутый выше запрет . [c.216]

Уравнения (5-5) и (5-6) применимы для потока вещества, обладающего любыми физическими свойствами. Они отражают основную термодинамическую особенность теплообмена в сжимаемом потоке, являющуюся следствием второго начала термодинамики. Температурный потенциал потока определяется величиной То, в то время как теплообмен с внещней средой происходит при температуре Т с1Т. Следовательно, для того чтобы подвести к потоку тепло (1р, надо затратить минимальное количество энергии высокого потенциала [c.132]

Известно основное значение, которым обладает не только в этом отделе науки, но и среди наших общих знаний о вселенной, второе начало термодинамики или начало К а р н о-К л а у з и у с а. Во всяком случае можно сказать, что оно царствует более чем над половиной физики. Исходя из этого начала, перед нами открывается путь исследования, путь верный, проложенный знаменитыми трудами Клаузиуса, лорда Кельвина, Дюгема. Здесь нет никакого вопроса ни об атомах, ни о молекулах, ни об ионах, ни об электронах. Говорится только о непосредственно измеряемых величинах о давлениях, температурах, объемах, количествах теплоты, электродвижущих силах и т.д. Эта термодинамика образует ныне замечательную научную систему, детали которой ни по красоте, ни по блестящей законченности не уступают всей системе в целом она заслуживаем имя термодинамики классической. [c.17]

ПЕРВОЕ И ВТОРОЕ НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ ДЛЯ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД. СВЯЗЬ МЕЖДУ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМИ ФУНКЦИЯМИ И ПАРАМЕТРАМИ СОСТОЯНИЯ [c.11]

Неравенство (1-16) можно считать математическим выражением второго начала термодинамики, которое характеризует направление протекающих в природе макроскопических процессов. Второе начало термодинамики позволяет установить количественное соотношение между работой, которая могла бы быть совершена системой при обратимом процессе, и действительной работой. Действительная полезная внешняя работа меньше максимальной на положительную величину T As. Произведение абсолютной температуры Т окружающей среды на приращение энтропии As всей системы является потерей полезной работы из-за необратимости процесса. Поэтому полезная работа будет равна [c.12]

Понимание процессов взаимодействия коррозионной среды и металла, особенно деформируемого, дает нам второе начало термодинамики. [c.7]

Факт существования броуновского движения подтверждает статистическую теорию и указывает на непрерывные нарушения второго начала термодинамики. Движущаяся в среде частица должна скоро остановиться вследствие потерь энергии на сопротивление движению и прийти в состояние покоя. Наличие же броуновского движения свидетельствует о существовании процессов, обратных рассеянию энергии на вязкое трение и идущих с убылью энтропии. Для поддержания дви- [c.185]

Второе начало термодинамики утверждает, что количество теплоты, полученное при любом обратимом процессе, всегда имеет интегрирующие делители и что среди интегрирующих делителей выражения количества теплоты имеется делитель, зависящий только от температуры системы. [c.36]

В самом деле, рабочий механизм, так же как и среда, подвержен в силу своей молекулярной структуры флюктуациям. Флюктуации среды и механизма независимы друг от друга и будут происходить в различные моменты времени в разных направлениях, так что если под воздействием флюктуации среды поршень сместился вверх, то через некоторое время из-за собственной флюктуации он сместится вниз, в результате чего среднее по времени смещение поршня окажется равным нулю. Поэтому будет равна нулю и работа, производимая поршнем. Следовательно, использовать флюктуации для осуществления вечного двигателя второго рода невозможно, и утверждение второго начала термодинамики о неосуществимости вечного двигателя второго рода сохраняет свою силу и при статистическом рассмотрении физических систем. [c.88]

Эксергетическая потеря или потеря возможной работы означает не уничтожение какой-либо части энергии, а ее переход в непревратимое тепло, т. е потерю эксергии. Механизм появления эксергетических потерь можно представить себе так. Часть идеальной технической работы (эксергии) вследствие трения и неравновесного теплообмена вновь превращается в тепло, которое по смыслу второго начала термодинамики не в состоянии вновь целиком превратиться в работу. В общем случае одна часть этого тепла опять переходит в работу, а другая передается окружающей среде и составляет окончательную безвозвратную потерю, именуемую эксергетической. Очевидно, что эксергетическая потеря, являясь частью эксергии, истраченной на трение и неравновесный теплообмен, не входит в реальную работу. [c.51]

Уравнение (1-30) показывает, что тепло, отдаваемое в реальной установке окружающей среде, состоит из двух слагаемых непревратимого тепла, т. е. количества тепла, которое в данной системе источников тепла не может быть превращено в работу даже с помощью обратимых процессов, и эксергетических потерь, вызванных необратимостью процессов. Первое слагаемое характеризует с точки зрения второго начала термодинамики граничные условия, в которых работает установка (будь 4 51 [c.51]

Первое и второе начала термодинамики. Из уравнения (10.54) видно, что часть. мощности объемных сил затрачивается иа изменение скорости центра масс частицы, т е. на изменение кинетической энергии частицы как целого. Теперь рассмотрим внутреннюю энергию частицы, т. е. усредненную по интервалу времени М сумму кинетической энергии молекул частицы относительно ее центра масс и энергии взаимодействия между молекулами частицы. Изменение внутренней энергии, как показывает опыт, происходит за счет работы напряжений на деформации частицы, а также за счет теплообмена между частица-М1и. Наличие тепловых явлений приводит к необходимости использовать в механике сплошных сред законы термодинамики. [c.477]

Как такового, понятия холод в термодинамике нет. Холод — это просто теплота, температурный уровень которой ниже температуры окружающей среды [32]. Исторически термодинамика возникла из потребностей создания эффективных тепловых машин, т. е. таких устройств, которые служат для превращения теплоты в механическую работу. Первое теоретическое исследование работы тепловых машин было проведено Сади Карно (1796-1832 гг.), доказавшим теоремы, определяющие наибольший коэффициент полезного действия тепловых машин. Эти теоремы позволили впоследствии сформулировать один из основных законов термодинамики — второе начало. [c.13]

Видное место среди ученых, внесших вклад в развитие термодинамики, занимают представители и русской школы. Так, в 1840 г. Г. Г. Гесс экспериментально установил закон о тепловом эффекте химической реакции, численная величина которого зависит лишь от начального и конечного состояний реакции. Профессор Киевского университета Н. Н. Шиллер дал более строгое обоснование второго начала термодинамики. Профессор Т. А. Афанасьева-Эренфест впервые показала целесообразность раздельного толкования второго закона термодинамики для равновесных и неравновесных процессов. [c.6]

Когда мы ставим этот вопрос, то имеем в виду вовсе не введение термина эксергия, распространившегося сравнительно недавно, а следствия из второго начала термодинамики, которые были установлены более 100 лет назад. Вряд ли это можно объяснить только малой популярностью второго начала среди инженеров и экономистов. Причина этого связана, по нашему мнению, с тем, что эксергия тепла представляет не окончательную его реальную практическую ценность, а только ту теоретическую возможность получения механической энергии, которой располагает тепло данного потенциала. [c.226]

С точки зрения удобства изучения циклов, совершаемых в двигателе, их разделяют по степени отклонения от действительных процессов. Многие различают при этом идеальные, теоретические и действительные циклы. Все циклы, не имеющие потерь, кроме неизбежной, на основании второго начала термодинамики, отдачи тепла холодильнику, обычно называют теоретическими. Идеальный цикл отличают от теоретического тем, что в первом принимаются постоянные, а во втором — переменные теплоемкости. Циклы, построенные на основании теплового расчета двигателя, рассматриваемые при переменном количестве рабочего тела, переменной теплоемкости, теплообмене с внешней средой и с учетом фактора сгорания топлива, обычно называют действительными циклами. [c.37]

Это соотношение, полученное нами формально из уравнения переноса радиации в предположении термодинамического равновесия, имеет фундаментальное значение в теории лучистого переноса. Важная роль этого соотношения обусловлена тем обстоятельством, что его правая часть совершенно не зависит от природы среды, а следовательно, является универсальной функцией длины волны и температуры. Для доказательства этого основополагающего факта временно отвлечемся от газовой среды и рассмотрим полость, ограниченную твердыми адиабатическими стенками, заполненную лучистой энергией, излучаемой, например, стенками полости и, в общем случае, другими телами, находящимися внутри полости. Оказывается, что при наличии термодинамического равновесия спектральная плотность излучения (1к совершенно не зависит от природы и свойств стенок полости и тел, находящихся внутри нее. Эта особенность равновесного излучения вытекает непосредственно из второго начала термодинамики. Действительно, допустим обратное, т. е. что плотность излучения при равновесии каким-то образом зависит от природы тел, находящихся внутри полости. Тогда, взяв две равновесные системы, находящиеся при одинаковой температуре, но заключающие разные тела, и установив между ними сообщение, мы бы нарушили равновесие. Это привело бы к установлению между обеими системами разности температур, которую можно было бы использовать для построения вечного двигателя второго рода. [c.655]

Рассмотрим среду, в которой распространение звуковых волн нарушает состояние термодинамического равновесия. В силу второго начала термодинамики среда стремится вернуться к равновесному состоянию при но- [c.84]

После крушения теории теплорода теплота окончательно рассматривается как энергия движения составляющих тело материальных частиц (атомов, молекул). Но между теплотой и механической энергией вскоре обнаружились принципиальные отличия. Например, при торможении автомобиля его тормозные колодки нагреваются, но обратный процесс абсолютно невозможен — сколько бы мы ни нагревали колодки, автомобиль все равно останется на месте. Закон сохранения и превращения энергии, раскрывая количественную сторону превращений энергии, ничего не говорит о принцигшальных качественных отличиях между ее различными формами. Можно указать на другие принципиальные особенности тепловых явлений. Одним из самых очевидных наблюдений является то, что при различных видах работы часть энергии выделяется в виде теплоты. В природе существует тенденция к необратимому превращению различных видов энергии в теплоту, поскольку обратное превращение тепла в работу, за исключением изотермических процессов, невозможно. Другой, не менее очевидной особенностью тепловых явлений является то, что нагретые тела всегда стремятся прийти в равновесие с окружающей средой. Но и в этих процессах передачи теплоты существует односторонность, которую Р. Клаузиус сформулировал в качестве тепловой аксиомы Теплота не может сама собой переходить от тела холодного к телу горячему . Значение этого положения оказалось настолько важным, что его стали рассматривать как одну из формулировок второго начала термодинамики. Л. Больцман писал Наряду с общим принципом (законом сохранения и превра]цения энергии. — О. С.) механическая теория тепла установила второй, малоутешительным образом ограничивающий первый, так называемый второй закон механической теории тепла. Это положение формулируется следующим образом работа может без всяких ограничений превращаться в теплоту обратное превращение тепла в работу или совсем невозможно, или возможно лишь отчасти. Если и в этой формулировке второй принцип является неприятным дополнением к первому, то благодаря своим последствиям он становится гораздо фатальнее . [c.79]

Максимальная работа при переходе тела в состояние равновесия с окружающей средой. Найдем максимальную полезную внешнюю работу, производимую телом над внешним объектом работы при переходе тела из начального состояния I (которое предполагается равновесным) в состояние 0 равновесия с внешней средой, имеющей постоянные температуру Т и давление р. Как было показано в разделе 2.11, обратимый переход из состояния / в состояние 2 в этом случае состоит из обратимого изоэнтропического процесса и зателг обратимого изотермического процесса при температуре внешней среды. Полезная внешняя работа, производимая при этом обратимом переходе, на основании первого и второго начал термодинамики [c.99]

Рассмотрим выражение для элементарной полезной работы dL, которая может быть произведена данном физическом процессе над внешним объектом работы. В простейшем случае это выражение имеет вид Ada, где а —внешний параметр, характеризующий данное явление, а Л—так называемая обобщенная сила, относящаяся к этому параметру. В случае тепловых процессов dL = — Vdp откуда видно, что внешним параметром является взятое с обратным знаком давление окружающей среды, а роль обобщенной силы играет объем тела. Поэтому, заменив в найденных выше термодинамических соотношениях (ом. 4-М) давление р эквивалентной ей в условиях 1ра0сматриваем 0Г0 явления величиной а, а V эквивалентной величиной А, получим искомое соотношение, определяющее особенности данного явления. На первый взгляд этот прием кажется формальным, однако это не так. Действительно, искомое соотношение могло бы быть получено и непосредственно из первого и второго начал термодинамики для этого достаточно было бы проделать все те выкладки, которые были проделаны при выводе приведенных в 4-11 соотношений. С помощью указанного приема можно избежать повторения выкладок ясно также, что, поскольку используемое термодинамическое соотношение является следствием первого и второго начал тер.модинамики, а соответствие между величинами р и а и У и Л установлено верно, нет оснований сомневаться в правильности окончательного результата. [c.153]

V и температуре Т, поскольку скорости распространения излучения в материальной среде и в вакууме не являются одинаковыми. В то же время величина не должна зависеть от материала стенок оболочки и от характера границы раздела обоих объемов, а будет являться функцией частоты, температуры и природы самой среды, заполняющей второй объем. Все эти положения являются следствием второго начала термодинамики и доказываются аналогичным образом, как и в случае ва-куумированной равновесной системы. [c.64]

Энтропия в неравновесной термодинамике может быть определена для таких неравновесных состояний, когда можно ввести представление о локальном равновесии термодинамическом в отд. подсистемах (напр., в малых, но мак-роскопич. объёмах). По определению, Э. неравновесной системы равна сумме Э. её частей, находящихся в локальном равновесии. Термодинамика неравновесных процессов позволяет более детально исследовать процесс возрастания Э. и вычислить кол-во Э., образующееся в единице объёма в единицу времени вследствие отклонения от тер-модинамич. равновесия — производство энтропии. Для пространственно неоднородных неравновесных систем второе начало термодинамики может быть записано в виде уравнения баланса для плотности энтропии S(x, t), где X—радиус-вектор физически бесконечно малого элемента среды [c.617]

Возникшие в XIX в. две величайшие теории — термодинамика равновесных и слабо неравновесных систем и теория эволюции Дарвина — долгое время считались идейно противоречашими друг другу. Второе начало термодинамики, утверждающее, что энтропия изолированной системы может только возрастать при неравновесных процессах или оставаться постоянной в равновесии, соответствует тенденции к хаотизации, что позволяет назвать равновесную термодинамику теорией разрушения структур . С другой стороны, теория эволюции утверждает, что в живой природе происходит самоорганизация вещества, возникновение все более сложных и самовоспроизводящихся структур. В связи с этим возникали спекулятивные теории , согласно которым законы термодинамики, и в частности, второе начало, неприменимы к живой материи. Ясно, что закон возрастания энтропии, относящийся к замкнутым системам, не имеет отношения к живым организмам, обменивающимся с окружающей средой энергией и веществом. [c.584]

Принципиальная ошибка авторов физического метода состоит в следующем. Оперируя только количеством тепла, они полагают, будто переданное тепловому потребителю тепло в отработавшем паре или воде (С от или 9пит) не используется в процессе преобразования тепловой энергии, несмотря на то, что качество Рот или <7пит меняется при прохождении теплоносителя через турбину. Как раз в этом изменении качества тепла (параметров пара) и заключается участие Рот и дппт в преобразовании тепловой энергии в механическую. Точно так же неверно было бы утверждать, что тепло Рг= = Р1—Ь, отданное в конденсационной установке окружающей среде, не используется в процессе получения механической энергии и цоэтому не относится к затратам на выработку электрической энергии. В то время, когда одна часть затраченного тепла ( = Р1—Рг), меняя саму форму движения, переходит в механическую энергию, другая часть затраченного тепла, (Р2 = Р1— ) меняет свое качество без перемены формы движения. Но без этого качественного изменения (снижение потенциала) величины Рг невозможен переход в работу Ь кдж тепла. В этом глубокий смысл второго начала термодинамики при характеристике теплового процесса как КЭС, так и ТЭЦ. Покажем, что метод МЭС приводит к тем же неудачным выводам, что и метод равноценности тепла и работы. [c.94]

В 1965 году Ю.Т. Мазуренко [63, 64] приложил принципы термодинамики к рассмотрению необратимой генерации индуцированного излучения в лазере. При рассмотрении скорости изменения энтропии системы осцилляторов, взаимодействующих как с неравновесным полем излучения, так и с термическим резервуаром (в качестве последнего принимается сама среда), он использовал локальную формулировку второго начала термодинамики в формулировке И. Пригожина [65. Ю.Т. Мазуренко впоследствии получил неравенство для лазерной эффективности т]1, которая определяется отношением выходной мощности лазера к мощности поглощённой оптической накачки. В 1968 году П. Т. Ландсберг и Д. А. Эванс [66] обобщили этот результат и получили, что [c.39]

Надо заметить, что первое и второе начала термодинамики позволяют сделать ряд важных выводов уже при обычных общих предполон ениях о свойствах среды. Так, обнаруживается, что картина баланса энергии , [c.95]

Поскольку для рассматриваемой среды энтропия lS" = = onst, то из второго начала термодинамики имеем е — удельная внутренняя энергия среды) [c.455]

ТОЛЬКО ее первого начала, выражающего закон сохранения энергии, но и второго начала—закона неубывания энтропии в замкнутых адиабатических системах. Теорема Цемплена о невозможности скачков разрежения в газе, позволившая придать завершенный вид первому этапу развития теории разрывных движений сжимаемых сред, долгое время была уникальным примером использования второго начала термодинамики в механике сплошных сред. [c.6]

Из второго начала термодинамики следует, что полностью устранить влияния, которые оставляет работа тепловой машины (в смысле изменений в атмосфере и водной среде), принципиально невозможно. Следовательно, вопрос состоит в том, чтобы эти остаточные влияния не были вредными для обитания человека и других форм жизни. Так, известно, что сбрасывая теплую воду конденсационных систем электростанций в пресные водоемы, можно чрезвычайно навредить вследствие, например, развития в теплой воде вредных водорослей. Однако комплексное решение вопроса может в отдельных случаях не только ослабить или устранить этот вредный эффект, но, напротив, превратить его в полезный. Представим себе, что вода повышенной температуры не направляется непосредственно в водоем, а используется в теплипах для выращивания теплолюбивых растений. [c.95]

Из этого примера виден фундшентальный смысл уравнения состояния (2.15) среди законов природы существование энергии есть aied-ствие второго начала термодинамики (невозможности вечного равновесия), то есть следствие необратимости процессов природы. [c.66]

Другая эквивалентная формулировка утверждает, что невозможно создать устройство, постоянно совершающее механическую работу за счет теплоты и преобразующее полученную механическую энергию обратно в тепло. Этот закон называется вторьпи началом термодинамики. Второе начало термодинамики отвергает также возможность получения энергии путем охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Таким образом, для того чтобы преобразовать теплоту в другой вид энергии (например, в механическую), нам нужно иметь нагреватель (котел) и конденсатор (холодильник). Чем больше разность температур в нагревателе и конденсаторе, тем большую долю тепла можно преобразовать в полезную работу. Если же эта разность будет равна нулю, то и количество произведенной работы окажется нулевым. [c.187]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...