Второй закон термодинамики

1.

Делаем конспект в тетради
Срок до 04.04.2020

2. Необратимость процессов в природе. Тепловые двигатели. (Записываем в тетрадь!)

3. Виды процессов в природе

• Необратимые - протекают самопроизвольно
только в определенном направлении.
• Обратимые протекают при совершении
работы.

4. Направление энергетических превращений в природе:

• Все процессы в мире
естественным образом протекают
в одном определенном
направлении.

5. Что обратимо?

6.

Найди отличия

7. В тетрадь!!!!

• Порядок — это упорядоченное
расположение предметов , не
допускающее неопределенности.
• Хаос — это противоположность порядку,
то есть абсолютная неупорядоченность.

8. :

Все процессы в природе
стремятся к:состоянию
максимального беспорядка,
к максимальной энтропии.

9.

В тетрадь!!!
Процесс, происходящий в системе под
воздействием тех или иных факторов, следует
считать обратимым (необратимым), если при
прекращении воздействия этих факторов процесс
прекращается и система возвращается (не
возвращается) в свое первоначальное состояние

10. Примеры необратимых процессов

• Передача тепла от более нагретого тела к
менее нагретому
• Колебания маятника
• Старение организмов

11. НЕОБРАТИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ УТВЕРЖДАЕТ, ЧТО КОЛИЧЕСТВО
ЭНЕРГИИ ПРИ ЛЮБЫХ ЕЕ ПРЕВРАЩЕНИЯХ ОСТАЕТСЯ
НЕИЗМЕННЫМ.
НО! ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ НИЧЕГО НЕ ГОВОРИТ О ТОМ,
КАКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ВОЗМОЖНЫ.
Заметьте, многие процессы, которые возможны с
точки зрения закона сохранения энергии, никогда не
протекает в действительности.

12.

Примеры (в тетрадь):
► Нагретые тела остывают
Энергетически допустим процесс передачи
теплоты от холодного тела к горячему.
► Колебания маятника
Энергетически допустимо:
увеличение амплитуды
колебаний маятника за счет
охлаждения самого маятника и
окружающей среды.

13.

НЕОБРАТИМЫМ называется
процесс, обратный которому может
протекать только как одно из
звеньев более сложного процесса.
Увеличение амплитуды маятника в
результате более сложного процесса,
включающего толчок рукой
Передача тепла от холодного тела к
горячему, используя холодильную установку,
потребляющую энергию.

14. (в тетрадь) ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Указывает направление возможных
энергетических превращений, выражая
необратимость процессов в природе
Установлен путем обобщения опытных фактов

15.

Тепловой двигатель (машина) – это устройство, которое
совершает механическую работу циклически за счет
энергии, поступающей к нему в ходе теплопередачи.
Источником поступающего количества теплоты в
реальных двигателях могут быть сгорающее органическое
топливо, разогретый Солнцем котел, ядерный реактор,
геотермальные воды и т.д.

16. Тепловые двигатели (в тетрадь)

Машины, преобразующие внутреннюю энергию в
механическую работу, называют тепловыми
двигателями
Тепловые
двигатели
Двигатели
внутреннего
сгорания
Карбюраторные
(внешнее
смесеобразование)
Имя
Турбины
Паровые
двигатели
Дизельные
(внешнее
смесеобразование)
Паровые
Газовые
16

17.

Теплота
Q2
Теплота
Холодильник температуры
Q1
Рабочее
тело
двигателя
Работа А
Нагреватель температуры
Принцип действия тепловых двигателей (схема в тетрадь)

18.

Первые тепловые двигатели, широко
распространившиеся в промышленности, назывались
паровыми машинами.

19.

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах
можно считать практически неограниченными. Но
располагать запасами энергии еще недостаточно.
Необходимо уметь за счет энергии приводить в
движение станки на фабриках и заводах, средства
транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы
генераторов электрического тока и т. д. Человечеству
нужны двигатели — устройства, способные совершать
работу. Большая часть двигателей на Земле — это
тепловые двигатели, т. е. устройства, превращающие
внутреннюю энергию топлива в механическую.

20. Термодинамический цикл

Круговой процесс на диаграмме (p, V).
20

21. Модель. Термодинамические циклы

Модель. Термодинамические циклы
21

22. Тепловой двигатель (в тетрадь)

КПД теплового двигателя
Это полезная
работа
A Q1 Q 2
Q2
1
1
Q1
Q1
Q1
Энергетическая схема тепловой
машины: 1 – нагреватель; 2 –
холодильник; 3 – рабочее тело,
совершающее круговой процесс.
КПД реальных двигателей:
турбореактивный - 20 -30%;
карбюраторный - 25 -30%,
дизельный - 35-45%.
22

23. Идеальная тепловая машина (в тетрадь)

Идеальная тепловая машина - машина Карно (Сади Карно, Франция, 1815)
Машина работает на идеальном газе.
1 - 2 - при тепловом контакте с
нагревателем газ расширяется
изотермически.
2 -3 - газ расширяется адиабатно.
После контакта с холодильником:
3 -4 - изотермическое сжатие.
4 -1 - адиабатное сжатие.
Теорема Карно:
кпд реальной тепловой машины не
может быть больше кпд идеальной
машины, работающей в том же
интервале температур.
КПД идеальной машины:
T1 T2
T2
1
T1
T1
23

24. Второй закон термодинамики

Второй з-н термодинамики указывает направление возможных энергетических
превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.
Формулировка Р. Клаузиуса: невозможно перевести тепло от более холодной
системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих
системах или окружающих телах.
Формулировка У. Кельвина: невозможно осуществить такой периодический
процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за
счет теплоты, взятой от одного источника.
Невозможен тепловой вечный двигатель второго рода, т.е. двигатель,
совершающий механическую работу за счет охлаждения какого-либо
одного тела.

25. ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Второго рода
Первого рода
Будучи раз пущен в ход,
совершал бы работу
неограниченно долгое
время, не заимствуя
энергию извне
Целиком превращал
бы в работу теплоту,
извлекаемою из
окружающих тел
НЕВОЗМОЖНЫ
Противоречит закону
сохранения и
превращения энергии
Противоречит второму
началу термодинамики

26.

Экологические последствия работы тепловых двигателей
1.Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа
(продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере.
Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение
Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от
Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев
атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.
2. Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу
(канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов
сгорания).
3.Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет.
Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от
избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

27.

Решение задач оформляем в
тетрадь!
Удачи!!!

28.

Задача 1. Тепловой двигатель получает от нагревателя за одну
секунду 7200 кДж теплоты и отдаёт холодильнику 5600 кДж. Каков
КПД теплового двигателя?
Дано:
СИ
Q1 = 7200 кДж
Q2 = 5600 кДж
η-?
7,2 ∙ 106 Дж
5,6 ∙ 106 Дж
Решение.
По определению КПД тепловой машины:
Q1 Q2
100%
Q1
7,2 10 6 5,6 10 6
100%
6
7,2 10
(7,2 5,6) 10 6
1,6
100%
100% 22%
6
7,2 10
7, 2
Ответ: η = 22%.

29.

Задача 2. Какое максимальное теоретически возможное значение
КПД может иметь турбина, в которой используют пар с температурой
6000С, а отвод тепла осуществляется с помощью речной воды,
обеспечивающей холодильнику температуру 270С? Каковы основные
пути повышения КПД тепловых машин?
Дано:
t1 = 6000C
t2 = 270C
СИ
8730K
3000K
Решение.
max
T1 T2
100%
T1
max
873 300
100% 66%
873
η-?
Основной способ увеличения КПД – повышение температуры
нагревателя Т1 и понижение температуры холодильника Т2.
Ответ: ηмах = 66%.

30.

Попробуйте сами.
Задание 26 ЕГЭ. Чему равен КПД цикла,
проводимого с идеальным одноатомным газом?
Ответ приведите в процентах, округлить до целых.