Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская


НазваниеЕе законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская
страница7/7
Дата публикации23.03.2013
Размер0.62 Mb.
ТипЗакон
userdocs.ru > Физика > Закон
1   2   3   4   5   6   7

83.Холодильные машины - периоди­чески действующие установки, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой. Принцип действия холодильной машины представлен на рисунке 5,4. Системой за цикл поглощается при низкой температуре Т2 количество теплоты Q2 и отдается при более высокой температуре Т1 количество теплоты Q1. за счет работы внешних сил А.



1а2: расширение рабочего тела Q2 – тепло отнятое от холодильника с поглощением Q2 тепла. Q1 – тепло переданное нагревателю (более горячему телу)

2в1: сжатие рабочего тела. A=Q1-Q2 – работа затрачиваемая на передачу тепла от более холодного к более горячему телу.

Коэффициент преобразования холодильника:

кпд = Q2/A = Q2/(Q1-Q2).

Для холодильника, работающего по циклу Карно:

кпд = Т2/(Т12)

Обычный холодильник: Т2~250К; Т1~310К, кпд = 4,17

На каждый Дж затраченный на работу компрессора, электроэнергии приходится 4,17 Дж тепла, отнятого от холодильной камеры.


^ 82.Цикл Карно с идеальным газом

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей 1) и холодильников 2), наибольшим кпд обладают обратимые машины; при этом кпд обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей 1) и холодильников (Т2), равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегося энергией с другими телами), а определяются только температурами нагревателя и холодильника.Карно проанализировал обратимый цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Его называют циклом Карно. Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

Изотермические расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1—2 и 3—4, а адиабатические расширение и сжатие — кривыми 2—3 и 4—1. При изотермическом процессе U= const, поэтому, количество теплоты Q1 полученное газом от нагревателя, равно работе расширения совершаемой газом при переходе из состояния 1 в состояние 2 (1):


При адиабатическом расширении 23 теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения совершается за счет изменения внутренней энергии.

Количество теплоты Q2, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжатия (2):

Работа адиабатического сжатия
Работа, совершаемая в результате кругового процесса




и, как можно показать, определяется площадью, закрашенной на рис. Термический кпд цикла Карно
Применив уравнение TVγ-1=const для адиабат 23 и 4—/, получим

откуда (3):

Подставляя формулы (1) и (2) в формулу

η=A/Q=Q1-Q2/Q1=1-Q2/Q1 и учитывая формулу (3), получаем:

т.е для цикла Карно кпд действительно определяется только температурами нагревателя и холодильника.^ Обратный цик Карно положен в основу действия тепловых насосов. Тепловые насосы должны как можно больше тепловой энергии отдавать горячему телу. Теорема Карно послужила основанием для установления термодинамической шкалы температур. Сравнив левую и правую части формулы, получим:



т.е. для сравнения температур Т1 и Т2 двух тел необходимо осуществить обратимый цикл Карно, в котором одно тело используется в качестве нагревателя, другое — холодильника.
^ 88.Свободная энергия. Энтропия – мера технической неполноценности внутренней энергии. dQ=dU+dA (1), TdS=dU+dA (2) => пусть в системе происходит изотермический процесс T=const: dA=TdS-dU=-d(U-TS) (3), F=U-TS – свободная энергия dA=-dF (4). Из (4) следует, что свободная энергия идет на совершение работы, которую может произвести система при изотермическом процессе. TS – связанная энергия в работу не превращается. Поэтому S называют мерой технической неполноценности внутренней энергии.

^ 86.Закон возрастания энтропии. Гипотеза о тепловой смерти Вселенной

1.В адиабатически изолированной системе энтропия системы при обратимых процессах не меняется, а при необратимых процессах возрастает: dS≥0.Обратимый процесс dQ=0=>dS=dQ/t=0; необратимый процесс dS>0. процессы в замкнутой системе идут в направлении увеличения числа микросостояний, т.е. от менее вероятных состояний к более вероятным до тех пор, пока вероятность состояния не станет максимальной.

2.Если система не замкнутая, то dS≥dQ/T. Уравнения 1 и 2 это аналитическая запись 2-го начала термодинамики. Примеры возрастания энтропии:

Теплопроводность: ∆Q1=∆Q2=∆Q

∆Q

∆Q/T1 ∆Q/T2

Гипотеза о тепловой смерти Вселенной.

Рассматривая Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней воторое начало термодинамики, Клаузиус свел его содержание к утверждению, что энтропия Вселенной должна достигнуть своего максимума. Это означает, что со временем все формы движения должны перейти в тепловую. Переход же теплоты от горячих тел к холодным приведет к тому, что температура всех тел во Вселенной сравняется, то есть наступит полное тепловое равновесие и все процессы во Вселенной прекратятся – наступит тепловая смерть Вселенной. Ошибочность вывода о тепловой смерти заключается в том, что бессмысленно применять второе начало термодинамики к незамкнутым системам, например к такой безграничной и бесконечно развивающейся системе, как Вселенная.
^ 87.Статистический смысл 2-го начал термодинамики.

Пусть все молекулы собрались в левой половине сосуда. Извне левая половина сосуда получает тепло Q, => поршень передвигается вправо, то есть за счет WT1/WT2=P1/P2, где WT1-термодинамическая вероятность распределения молекул по двум частям объема, WT2-термодинамическая вероятность того, что молекулы соберутся в одной половине сосуда этому случаю соответствует нормальное макросостояние. Рассмотрим распределение N молекул по 2 частям объема, то есть по 2 состояниям n=2. В статистической физике показано что в этом случает термодинамическая вероятность равна: WT2=N!/(N!/2∙N!/2)

Формула Стерлинга: ln N!=NlnN-N, ln WT2=lnN!-ln(N!/2)-ln(N!/2)=NlnN-N-(N/2)∙lnN/2+N/2=NlnN-NlnN/2=Nln2 => WT2=2N, P2/P1=WT2, P2/P1=2N. При V=1 см3 N=2.7∙1019. Отношение вероятности равномерного распределения P2 к вероятности Р1 того, что все молекулы P2/P1=22,7∙10^19
^ 90.Общие сведения о явлениях переноса. Средн длина свободн пробега молекул.

Считаем, что все молекулы кроме одной неподвижны. Взаимодействие молекул происходит в рез-те удара. След-но, центр «подвижной» молекулы будет двигаться по ломаной линии. От удара до удара будет прямая линия, длина которой будет наз-ся длиной свободного пробега λi . λср=Σλi/z-средняя длина свободн пробега (z-число столкновений). Молекула на своем пути будет сталкиваться со всеми молекулами, расстояние м/у центрами которых и центром движущейся молекулы ≤d. D=R1+R2=R

R1-радиус движущейся молекулы, R2-радиус покоящейся молекулы. Если R1=R2, то 2R=d-диаметр молекулы, т.е, столкновение м/у двумя молекулами будет происходить если центры неподвижных молекул окажутся внутри объема с площадью сечения S=σ=πd2 длиной li σ=полное поперечное сечение рассеяния. Выпрямим ломаную траекторию движения молекул. В этом случае z-число молекул в объеме с длиной l равной пути пройденному движущейся молекулой за время t.

Z=N=nV=nσυt=nπd2υt n-концентрация молекул.

λiiti; Σλi=υt; λср=(Σλi/z)=υ/nπd2υ

Более точный расчет дает формулу: λср=1/√2πd2n

P=nkT=>n=p/kT

λср=kT/√2πd2p=kT/√2σp при T=сonst λ~1/p

Газ при нормальных условиях:

T=300K, p≈106дин/см2, 1дин=г*см/с2, d~2*10-8cм, σ~12*10-162 => λср=2*10-5м

l>>d газ достаточно разряжен. Общие сведения о явлениях переноса: диффузия, внутреннее трение, теплопроводность.


91. Диффузия.

Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел; диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности. Во время становления МКТ по вопросу диффузии возникли противоречия. Так какt молекулы движутся с огромными скоростями, диффузия должна происходить очень быстро. Если же открыть в комнате сосуд с пахучим веществом, то запах распространяется довольно медленно. Однако противоречия здесь нет. Молекулы при атмосферном давлении обладают малой длиной свободного пробега и, сталкиваясь с другими молекулами, в основном «стоят» на месте. Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика: Jm= -Ddp/dx

Где Jm - плотность потока массы — величина, определяемая массой вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x, D - диффузия (коэффициент диффузии), dp/dx — градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке. Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности (поэтому знаки Jm и dp/dx противоположны). Диффузия D численно равна плотности потока массы при градиенте плотности, равном единице. Согласно кинетической теории газов,

D=⅓<υ><l>.

^ 84.Термодинамическая вероятность макроскопического состояния. Распределение молекул по объёму.

Микро состояния системы: характеризуются координатами и импульсами (или скоростями) каждой молекулы, микро состояние не доступно непосредственно наблюдателю. Макро состояние системы – это состояние системы задаваемое по средствам термодинамических параметров (PVT), это состояние доступно не посредственно наблюдению.

Термодинамическая вероятность WT макросостояний это число микросостояний(число способов) которыми реализуются данное макросостояние.

^ Основные положения классической статистики

  1. Молекулы представляют собой частицы которые подчиняются классическим законам механики. Энергия и другие характ. частиц изменяются непрерывно и могут принимать значения от 0 до сколь угодно больших значений.

  2. Принцип различимости тождественных частиц: молекулы обладают индивидуальностью позволяющей их отличать друг от друга.

  3. Все микросостояния системы равно вероятны.

Распределения молекул по объему

Залетела одна молекула, она может находиться как в объеме один, так и в объеме два. Математическая вероятность такого события: P1=P2=1/2.

Залетело две молекулы P1*P2=1/2*1/2=1/4. Из таблицы следует WT1/WT2=P1/P2. Равномерное распределение молекул по V является не единственно возможным, а наиболее вероятным.

Молекулы системы совершают беспорядочное движение. Сл-но, число микросостояний определяет интенсивность хаотичного движения атомов и молекул

№ микро

V1

V2

Число микро

WT (ТД вер-сть)

P (мат вер-сть)

1

12

-

1

1

1/4

2

1

2

2

1

2

2

½ равномерное распределение

3

-

12

1

1

1/4


^ 85.Энтропия. Формула Больцмана.

Энтропия – это ф-ия состояния системы. Приведенная теплота: dQ/T, где dQ- теплота получаемая телом в изотермическом процессе, Т- температура теплоотдающего тела, если система обратима, переходит из состояния А в В, то интеграл от приведенной теплоты не зависит от пути перехода из одного состояния в другое:.

Для кругового обратимого процесса SВ=SA сл-но, , dQ/T-полный дифференциал некоторой ф-ии S, которая определяется т-ко состоянием системы и не зависит от пути, которым система пришла в это состояние, сл-но, S-это ф-ия состояния. dQ/T=dS. Термен энтропия введен Клаузисом как мера способности теплоты превращаться в другие меры энергии, энтропия обладает свойством аддитивности: S системы =сумме составляющих систему.

Энтропия идеального газа для изохоры: V=const, ΔS=Cv *ln(T2/T1).

Для изобары: P=const, ΔS=Cv *ln(T2/T1 )+ R*ln(V2/V1).

Для изотермы: T=const, ΔS=R*ln(V2/V1).

Больцман доказал (1872), что между энтропией системы и термодинамической вероятностью её состояния существует связь, которая называется формулой Больцмана: S=k*lnP, где k – постоянная Больцмана.

Формула Больцмана позволяет дать статистическое истолкование второго закона термодинамики, утверждающего, что энтропия изолированной системы не убывает: термодинамическая вероятность состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать.

Следовательно, при всяком процессе, протекающем в изолированной системе,

Изменение термодинамической вероятности ее состояния ΔР положительно или равно нулю: ΔР = Р21 ≥0

Для обратимого процесса ΔР=0 и P=const, а в случае необратимого процесса ΔР>0 и Р возрастает. Следовательно, необратимый процесс — процесс, при котором система из менее вероятного состояния переходит в более вероятное, в пределе — в равновесное состояние. Иначе его можно определить как процесс, обратный тому, при котором система из более вероятного состояния переходит в менее вероятное. Самопроизвольное протекание обратного процесса маловероятно, хотя в принципе и возможно. Чтобы он произошел, требуется одновременное протекание компенсирующего процесса во внешних телах. По второму закону термодинамики, компенсирующий процесс должен быть таким, чтобы термодинамическая вероятность состояния системы всех тел, участвующих в осуществлении обратного и компенсирующего процессов, возрастала.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЗаконы свободного падения (зависимость скорости и высоты от времени)
Кинематические уравнения движения, уравнения скорости при движении с постоянным ускорением
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЧто называют явлением внутреннего трения?
Явлением внутреннего трения (вязкости) называется процесс, связанный с появлением трения между слоями газа или жидкости, движущихся...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЗадача определения скорости света принадлежит к числу важнейших проблем...
Потом скорость света было легко посчитать как отношение удвоенного расстояния на время до прихода света от второго фонаря. Конечно,...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconМ. М. Наумов кандидат географических наук
Проблема рассматривается в «целом» и в «малом». Устанавливается связь скорости течения биологического времени с процессами роста,...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconИстория развития представлений о природе света. Законы геометрической...
Явление отражения-преломление света. Физические характеристики лучей и сред. Физический смысл показателя преломления, характерные...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЗадания 51 олимпиады юфу для школьников по физике. 11 класс
Материальная точка движется вдоль прямой. Постройте графики зависимостей скорости и координаты от времени, если график зависимости...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЗаконы Неисчерпаемая тема Законы
Они вообще то существуют универсальные законы Вселенной которые ведут к обыкновенному человеческому счастью?
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconПодпись Дата Лист уд 22. 01 Задача определения оптимального режима...
Фиксируем на ней все возможные значения скорости через интервал в 1 км/ч. Для простоты рассмотрим только три такие точки. Аналогичным...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconРежим нагружения
Т. к передача авиационная, она требует обеспечения высокой надежности, работает с умеренными скоростями и высокими нагрузками, то...
Ее законы справедливы для макротел, движущихся со скоростями много меньшими скорости света и релятивистская iconЗакон противоречия говорит о противоречащих друг другу высказываниях,...
В логике, как и во всякой науке, главное — законы. Логических законов бесконечно много, и в этом ее отличие от большинства других...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница