Джанколи Д.
Физика. Том 1
*** 1989 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Тепловой двигатель -это устройство для преобразования тепловой энергии посредством теплообмена в полезную работу. КПД, или эффективность, теплового двигателя определяется в виде отношения совершаемой двигателем работы W к полученному от нагревателя количеству теплоты | QH |. Благодаря закону сохранения энергии выход полезной работы равен ... — количество теплоты, отдаваемое двигателем окружающей среде; следовательно, КПД е = .... Двигатель Карно (идеальный) использует два изотермических и два адиабатических процесса в обратимом цикле. Для двигателя Карно или любого обратимого двигателя, действующего между термостатами с температурами Тн и TL, КПД равен е = ... реальных (необратимых) двигателей всегда меньше этого значения. Все тепловые двигатели приводят к тепловому загрязнению окружающей среды, поскольку они отдают некоторое количество теплоты своему окружению. Рабочий цикл холодильников и воздушных кондиционеров является обратным по отношению к тепловому двигателю: в этих устройствах совершается работа для того, чтобы отобрать теплоту из более холодной области и передать ее области с более высокой температурой.
Можно дать несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики: 1) теплота самопроизвольно переходит от горячего тела к холодному, но не наоборот; 2) невозможно осуществление теплового двигателя с КПД = 100%, т.е. такого, который полностью преобразовывал бы в работу сообщенное ему количество теплоты; 3) естественные процессы стремятся перевести замкнутую систему в состояние с большим беспорядком, или с большим значением энтропии. Эта последняя формулировка является наиболее общей, и ее можно дать в более строгом виде: полная энтропия S любой системы совместно с ее окружением увеличивается в результате любого естественного процесса: Д5>0. Энтропия, которая является параметром состояния, представляет собой количественную меру беспорядка в системе. Изменение энтропии системы в ходе обратимого процесса дается выражением ... Со статистической точки зрения наиболее вероятное состояние системы-это состояние с наибольшей энтропией или степенью беспорядка. Второе начало термодинамики указывает, в каком направлении стремятся протекать процессы; поэтому энтропию часто называют стрелой времени. С течением времени энергия деградирует ко все менее полезным формам в том смысле, что из них можно извлечь все меньше полезной работы. Вопросы 1. Можно ли охладить комнату в жаркий летний день, оставив открытой дверцу холодильника? 2. Клапан расширения в холодильной системе на рис. 21.5 играет решающую роль для охлаждения жидкости. Объясните, каким образом происходит охлаждение. 3. Является ли полезным определение КПД теплового двигателя как е = W/ QL ? Объясните. 4. Может ли механическая энергия полностью преобразоваться в тепловую, или внутреннюю, энергию? Может ли произойти обратный переход? В каждом случае, если ваш ответ отрицательный, объясните почему; если ответ положительный, то приведите примеры. 5. Найдите в природе пример почти обратимого процесса и дайте его описание. 6. а) Опишите, каким образом можно было бы подвести к телу теплоту обратимым путем, б) Можно ли использовать горелку плиты, чтобы к системе подвести теплоту обратимым образом? 7. Порошковое молоко очень медленно (квазистатически) добавляется к воде в процессе помешивания. Является ли такой процесс обратимым? 8. Должна ли работа двигателя Карно непременно начинаться в точке а цикла на рис. 21.9? Объясните. 9. Какие устройства выполняют функции высоко- и низкотемпературных термостатов (нагревателя и холодильника) в а) двигателе внутреннего сгорания и б) в паровом двигателе? Можно ли, строго говоря, считать их термостатами? 10. Обсудите и перечислите факторы, которые не позволяют реальным двигателям достигать предельного КПД Карно. 11 Что дает большее увеличение КПД двигателя Карно - увеличение на 10 °С температуры нагревателя или понижение на 10°С температуры холодильника? 12. Океаны содержат огромное количество тепловой энергии. Почему, вообще говоря, нельзя использовать эту энергию для получения полезной работы? 13. Две одинаковые системы переводятся из состояния а в состояние b с помощью двух различных необратимых процессов. Будет ли изменение энтропии одинаковым для обоих процессов? Дайте полный и тщательно продуманный ответ. 14. Можно сказать, что полное изменение энтропии в ходе процесса является мерой необратимости этого процесса. Обсудите, почему можно это утверждать, исходя из того, что для обратимого процесса AS = 0. 15. Используя рассуждения, не опирающиеся на принцип увеличения энтропии, покажите, что для адиабатического процесса AS = 0, если он совершается обратимым образом, и Д5>0 в противном случае. 16. Газ может расширяться а) адиабатически и б) изотермически. Что происходит с энтропией в каждом из этих процессов-увеличивается она, уменьшается или сохраняет постоянное значение? 17. Энтропию часто называют стрелой времени, поскольку она указывает направление хода естественных процессов. Если прокрутить кинопленку в обратном направлении, то какие из увиденных вами процессов могли бы привести вас к выводу о том, что время течет «в обратном направлении»? 18. Приведите три примера (кроме описанных в этой главе) естественных (т. е. происходящих самопроизвольно) процессов, в которых порядок сменяется беспорядком. Обсудите возможности наблюдения обратных процессов. 19. Как по вашему, что обладает большей энтропией -1 кг железа в твердом или в жидком состоянии? Объясните. 20. Что произойдет, если удалить пробку в сосуде, содержащем газообразный хлор? Произойдет ли когда-либо обратный процесс? Объясните. |
