Энтропия. Второй закон термодинамики. Прямой и обратный циклы Карно. (Занятие 3)

1. Часть 1

Техническая
термодинамика
Занятие 3
Энтропия. Второй закон термодинамики. Прямой цикл
Карно. Обратный цикл Карно.

2. Энтропия (S)

- однозначная функция состояния
термодинамической системы
Изменение энтропии – отношение теплоты
сообщенной системе к термодинамической
температуре системы:
dq
ds
T
Дж
кг К

3. Энтропия (S)

Величина связывает Q и T:
T ??? Q
Q S T

4. Энтропия (S)

Графически Q – площадь диаграммы:
T
dQ Tds
2
S2
Q Tds
Q
1
S1
dS
S1
S2
S

5. Изменение энтропии

dQ Tds
dQ
ds
T
сdT
ds
T
T2
s с ln
T1

6. Математическое отображение энтропии

pv RT
1) s = f (T, v)
dq du pdv
ds
T
T
T
сv dT pdv
dT pdv
сv
R
T
T
T
pv
dT
dv
ds сv
R
T
v

7. Математическое отображение энтропии

1) s = f (T, v)
T2
v2
S сv ln R ln
T1
v1

8. Математическое отображение энтропии

2) s = f (T, p)
pv RT
RT
v
p
T2
RT2 p1
S сv ln R ln
T1
RT1 p2
T2
T2
p1
сv ln R ln R ln
T1
T1
p2
R c p cv

9. Математическое отображение энтропии

2) s = f (T, p)
T2
p2
S с p ln R ln
T1
p1

10. Математическое отображение энтропии

3) s = f (p, v)
pv
T
R
pv RT
R c p cv
p2v2 R
v2
S сv ln
R ln
p1v1R
v1
p2
v2
v2
сv ln
cv ln R ln
p1
v1
v1

11. Математическое отображение энтропии

3) s = f (p, v)
v2
p2
S с p ln cv ln
v1
p1

12. Свойства энтропии

Энтропия является физической величиной,
изменение которой является признаком наличия
обмена энергией в форме тепла:
dS 0 dq 0
ПОДВОД ТЕПЛА
dS 0 dq 0
ОТВОД ТЕПЛА
dS 0 dq 0 НЕТ ТЕПЛООБМЕНА

13. Свойства энтропии

Энтропия имеет два свойства (принципа):
1. Принцип существования энтропии в
обратимых ТД процессах:
изменение энтропии существует всегда:
dSобр
dQобр
T

14. Свойства энтропии

2. Принцип возрастания энтропии:
энтропия изолированной системы
неизменно возрастает при всяком
изменении их состояния и остается
постоянной только при обратимом течении
процессов:
dSизол 0

15. Свойства энтропии

Энтропия ТО уменьшается:
доказательство:
S то
T
Q1
T1
Энтропия ТП возрастает:
T1
ТО
S тп
T1’
РТ - передатчик:
для обратимого процесса:
РТ
T2’
T2
Q2
T2
Q1 Q2
T1
T2
ТП
для реального процесса:
S1
S2 S
T1' T1 ;T2' T2

16. Свойства энтропии

T2 T2'
'
T1 T1
доказательство:
t 't
T2
t 1
T1
1
T2
>
't 1
1
Q2'
T1
T2
Q2'
T1
Q1'
Q1'
Q2'
T1
T2
Q2'
Q1'
Q1'
S1 S2
S2 S1 0
S 0

17. Второй закон термодинамики

В периодически
повторяющемся
процессе теплоту
полностью
превратить в работу
невозможно.
Все тепловые двигатели
имеют рабочее тело,
совершающее замкнутый
процесс – ЦИКЛ.

18. Второй закон термодинамики

ЦИКЛ –
термодинамический
процесс, в
результате
которого РТ, проходя
pпоследовательно
T
различные
1
состояния,
1
2
возвращается
снова
2
в исходное
состояние.
v
S

19. Второй закон термодинамики

Термодинамическая
схема теплового
двигателя:
T1 Гор.источник
q1
РТ
q2
T2 Хол.источник
lц

20. Второй закон термодинамики

Цикл в p-v координатах
Цикл в T-S координатах
T
p
q1
B
1
lц
1
А
2
А
q2
v
А-B – подвод теплоты
B-А – отвод теплоты
qц
B
2
S

21. Показатели цикла

1-й закон ТД для цикла:
dq du dl
dq du dl
dq dl
qц lц

22. Показатели цикла

Полезно использованная теплота:
Затраченная теплота:
qц q1 q2
q1
Термический КПД цикла
t
lц
q1
q1 q2
q1
Вечный двигатель второго рода

23. Формулировки второго закона термодинамики

Клаузиус
«Теплота не может
переходить от
холодного тела к
теплому даровым
процессом (без
затраты работы)»

24. Формулировки второго закона термодинамики

Планк
«Невозможно
построить
периодически
действующую
машину, которая не
производит ничего
другого, кроме
работы и

25. Формулировки второго закона термодинамики

Оствальд
«Осуществление
Perpetuum mobile 2-го рода
невозможно»

26. Формулировки второго закона термодинамики

Томсон
«Энергия
изолированной
системы
постепенно
деградируется»

27. Формулировки второго закона термодинамики

БОЛЬЦМАН
«Природа стремится
от состояний
маловероятных к
состояниям более
вероятным»

28. Цикл Карно (1824)

29. Прямой цикл Карно

изотерма
адиабата
Рабочий ход
изотерма
адиабата
Возврат в исходное состояние

30. Прямой цикл Карно

T
T1
q1
qц
T2
q2
S1
S2
S
q1 q2 T1 S 2 S1 T2 S 2 S1
t
q1
T1 S 2 S1
T2
t 1
T1

31. К.П.Д. цикла Карно

t1, С 200
t
400
600
800
1000 1200 1400 1600
0,40 0,58 0,68 0,74 0,78 0,81 0,83 0,85

32. Регенеративный цикл Карно

T2
t 1
T1

33. Циклы холодильных машин

Термодинамическая
схема теплового
насоса:
T1 Гор.источник
q1
РТ
q2
T2 Хол.источник
lц

34. Обратный цикл Карно

Холодильный коэффициент
q2
q2
l ц q1 q2
Обратный цикл Карно
T
q1
T1
T2
T1 T2
-qц
T2
q2
S1
S2
S