Второй закон термодинамики

3. Процесс  сгорания не происходит при  постоянном объеме, а начинается  в точке 2’ и кончается после точки 3. В процессе сгорания тепло получается не извне, а за счет изменения химического состава рабочего тела. Химическая реакция сгорания не успевает закончиться полностью на линии сгорания (2-3), а продолжается в течение процесса расширения вплоть до момента выхлопа.

4. Процесс  охлаждения рабочего тела в  действительности заменяется выхлопом  и выталкиванием отработанных  газов и последующим засасыванием рабочей смеси (линия 4’-4-5-1).

5. Процесс  всасывания заканчивается позднее  точки 1 (в точке 1’) так, что  от точки 4’ до 1’ в цилиндре  находится не постоянное количество  рабочего тела.

       КПД тепловых двигателей и  второе начало термодинамики.

 КПД  тепловой машины определяется  следующей формулой: |(=W/(QH( |(5) | , где W - полезная работа совершенная этой машиной, QH - теплота сообщенная этой машине (Q взято под знак модуля, в связи с тем, что тепловой поток может иметь разное направление).

  По закону сохранения энергии получаем соотношение:(QH(=W+(QL, где (QL( - количество теплоты отводимой при низкой температуре.

 Таким  образом, W=(QH(-(QL(, и КПД двигателя  можно записать в виде: из этого соотношения видно, что чем больше будет КПД двигателя, тем меньше будет теплота(QL(. Однако опыт показал, что величину (QL( невозможно уменьшить до нуля. Если бы это было осуществимо, то мы получили бы двигатель с КПД 100%. То, что такой идеальный двигатель, непрерывно совершающий рабочие циклы, невозможен, составляет содержание ещё одной формулировки второго начала термодинамики: невозможен такой процесс, единственным результатом, которого было бы преобразование отобранной у источника теплоты Q, при неизменной температуре, полностью в работу W, так, что W=Q.

       Это утверждение известно как формулировка второго начала термодинамики

 Кельвина-Планка.

  Существует также аналогичное утверждение относительно холодильника, высказанное Клаузисом: невозможно осуществить периодический процесс, единственным результатом, которого был бы отбор теплоты у одной системы при данной температуре и передача в точности такого же количества теплоты другой системе при более высокой температуре.

Уравнение Ван-дер-Ваальса.

  В реальных тепловых двигателях используются реальные газы. Как было замечено поведение их заметно отклоняется, например, при высоком давлении, от поведения идеального газа. Ян Д. Ван-дер-Ваальс (1837-1923) исследовал эту проблему с точки зрения МКТ и в 1873 году получил уравнение более точно описывающее поведение реальных газов. Свой анализ он основывал на МКТ, но при этом учитывал:

  A. Все молекулы имеют конечные размеры (классическая МКТ ими пренебрегает)

      B. Молекулы взаимодействуют друг  с другом всё время, а не  только во время столкновений.

  Предположим, что молекулы газа представляют собой шарики с радиусом r. Если считать, что такие молекулы ведут себя подобно твердым сферам, то две молекулы будут сталкиваться и разлетаться в разные стороны при расстоянии между центрами равным 2r. Таким образом, реальный объем, в котором могут двигаться молекулы несколько меньше, чем объем V сосуда содержащего газ.

 Величина  этого "недоступного объема" зависит от объема молекул  газа и от количества этих  молекул. Пусть b представляет  собой "недоступный объем"  в расчете на один моль газа. Тогда в уравнении состояния идеального газа нужно заменить V на V-nb, где n - число молей газа, и мы получим: P(V-nb)=nRT

  Если разделить это выражение на n и считать, что величина v==V/n является объемом, который занят одним молем газа (v - удельный объем), то получим:

|P(v-b)=RT |(9) |

  Это соотношение показывает, что при данной температуре давление P=RT/(v-b) будет больше, чем в идеальном газе. Это происходит потому, что уменьшение объема означает, что число столкновений со стенками возрастает.

 Следует  учесть гравитационное взаимодействие  между молекулами, равное: F~m1m2, где m1 и m2 - массы молекул.

       Внутри газа силы притяжения  действуют на молекулу во всех  направлениях.

 Однако  на молекулу, находящуюся на краю  газа действует результирующая сила, направленная внутрь. Молекулы, которые направляются к стенке сосуда, замедляются этой направленной результирующей силой и, таким образом, действуют на стенку с меньшей силой; следовательно, эти молекулы создают меньшее давление, чем в том случае, когда силы притяжения отсутствуют.

 Уменьшенное  давление будет пропорционально  числу молекул, приходящихся на  единицу объема в поверхностном  слое газа, а также числу молекул  в следующем слое газа, создающим  направленную внутрь силу. Поэтому  можно ожидать, что давление уменьшится на величину пропорциональную (N/V)2. Поскольку N=nNA можно записать (N/V)2=( nNA/V)2= NA2/v2; следовательно, давление уменьшится на величину пропорциональную 1/v2. Если для определения давления используется выражение (9), то получаемое давление нужно уменьшить на величину a/v2, где a - коэффициент пропорциональности.

 Таким  образом, мы имеем: (P + )(v - b) = RT

  Это и есть уравнение Ван-дер-Ваальса. Где a и b - для разных газов различны и определяются путем подгонки для каждого конкретного газа.

 Следует  заметить, что при низкой плотности  газа уравнение Ван-дер-Ваальса  сводится к уравнению состояния  идеального газа.

 Однако  ни ураневние Ван-дер-Ваальса,  ни какое другое уравнение  состояния, которое было предложено, не выполняются точно для всех газов при любых условиях. Но тем не менее это уравнение очень полезно, и, поскольку оно достаточно точно определяет поведение газа, его вывод позволяет глубже проникнуть в природу газов на микроскопическом уровне. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

     В связи с тем, что непрерывное  получение работы из теплоты возможно только при условии передачи части отбираемой от горячего источника теплоты холодному источнику, следует подчеркнуть важную особенность тепловых процессов: механическую работу, электрическую работу, работу магнитных сил и т.д. можно без остатка превратить в теплоту. Что же касается теплоты, то только часть ее может превращена в периодически повторяющемся процессе в механическую и другие виды работ; другая ее часть неизбежно должна быть передана холодному источнику. Этой важнейшей особенностью тепловых процессов определяется то особое положение, которое занимает процесс получения работы из теплоты любых других способов получения работы (например, получения механической работы за счет кинетической энергии тела, получения электроэнергии за счет механической работы, производства работы магнитным полем за счет электроэнергии и т.д.). При каждом из этих способов преобразования часть энергии должна затрачиваться на неизбежные необратимые потери, такие как трение, электросопротивление, магнитная вязкость и др., переходя при этом в теплоту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1. http://stringer46.narod.ru/SecondRuleOfThermodynamics.htm
2. http://www.neuch.ru/referat/49843.html
3. http://www.dieselloc.ru/books/poyda/poyda10.html
4. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Основы теплотехники /В.С. Охотин, В.Ф. Жидких, В.М. Лавыгин и др.- М.: Высшая школа, 1984.
6. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники.- М.: Недра, 1988.
7. Теплотехника /под ред. В.И. Крутова.- М.: Машиностроение, 1986
8. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы (справочник).- М.: Энергия, 1980.