Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Пример 1. При изотермическом расширении идеального газа совершается работа, полностью эквивалентная тому количеству теплоты, которое сообщено газу (11.2.5.9°). Теплота, полученная газом, целиком превращается в эквивалентную работу. Ho газ при этом не возвращается в исходное состояние. Он расширяется, и его удельный объем возрастает. «Превращение теплоты в работу» не является единственным результатом изотермического расширения идеального газа.
Пример 2. В тепловой машине, работающей по прямому циклу Карно (11.4.1.8°), работа совершается за счет теплоты, подводимой от нагревателя. Однако часть полученного количества теплоты Q1 передается холодильнику (11.4.1.7°), поэтому работа, которая совершается за цикл, не эквивалентна всему количеству теплоты Q1.
Пример 3. В холодильных устройствах, работающих по обратному циклу Карно (11.4.1.11°), от холодного тела к более нагретому передается некоторое количество теплоты. Ho при этом внешние силы совершают работу, и, следовательно, происходит компенсирующий процесс.
4°. Теорема Карно', термический коэффициент полезного действия (11.4.1.9°) цикла Карно не зависит от состава рабочего тела и всегда выражается формулой (11.4.1.10°)
_ _ Qi+ Qz _ T1 - T2
1 Иногда подобный переход не вполне корректно называется « переходом теплоты в работу».
168
ГЛ. II. 4. ВТОРОЙ ЗАКОН (НАЧАЛО) ТЕРМОДИНАМИКИ
Термический коэффициент полезного действия любого обратимого цикла не превышает термического коэффициента полезного действия Т|к обратимого цикла Карно, осуществляемого с помощью нагревателя и холодильника с температурами, равными экстремальным температурам нагревателей и холодильников, используемых в рассматриваемом цикле:
T -T
~ ^ „ макс х мин
tUp < tIk =---m-------•
^ макс
Термический КПД необратимого цикла
^Інеобр ^ (1 — -^мин/^макс)*
5°. С помощью теоремы Карно (п. 4°) устанавливается термодинамическая шкала температуры. Из формулы (п. 4°) следует, что T2ZT1 = -Q2IQi или, так как Q2 < О, T2ZT1 =
= \Qz\/Qv
Для того чтобы сравнивать температуры T1 и T2 двух тел, необходимо осуществить обратимый цикл Карно, в котором эти тела были бы нагревателем и холодильником. Тогда по отношению числовых значений отданных (полученных) ими количеств теплоты определяется отношение температур тел. Результат сравнения температур не зависит от химического состава рабочего тела в цикле (п. 4°). Поэтому термодинамическая шкала температуры не зависит от свойств термометрического тела (11.1.3.4°) и в этом смысле обладает большой общностью. Так как все реальные термодинамические процессы необратимы, сравнение температур тел с помощью указанной выше процедуры практически неосуществимо и имеет лишь принципиальное теоретическое значение.
§ II.4.4. Энтропия и свободная энергия
1°. Отношение количества теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе, к температуре T теплоотдающего тела называется приведенным количеством теплоты Q*, т. е.
Q
Q* = — . При нагревании тела (Q > 0) Q* положительно, при охлаждении (Q < 0) Q* отрицательно.
§ II.4.4. ЭНТРОПИЯ И СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ
169
Приведенное количество теплоты, сообщенное телу на бес-
конечно малом участке произвольного процесса, равно -^r , где
T — температура соответствующего теплоотдающего тела1. Приведенное количество теплоты Q*i_2 Для произвольного участка 1—2 процесса C1C2:
2°. Приведенное количество теплоты Q*o6p, которое сообщается телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю:
Здесь T — температура, при которой телу сообщается элементарное количество теплоты SQ. Из предыдущего выражения
функции S [в отличие от SQ, которое не является полным дифференциалом (П.2.4.3°)]
Однозначная функция состояния S (11.2.1.3°), полный дифференциал которой определяется последней формулой, называется энтропией тела. Из формулы видно, что dS и SQ имеют одинаковые знаки. Следовательно, по характеру изменения энтропии можно судить о том, в каком направлении происходит теплообмен (П.2.2.4°). При нагревании тела (SQ > 0) его энтропия возрастает (dS > 0). Если тело охлаждается (SQ < 0), то его энтропия убывает (dS < 0).
SQ
с,
следует, что
полный дифференциал некоторой
1 В случае обратимого процесса T совпадает с температурой самого те ла, совершающего этот процесс.
170
ГЛ. II.4. ВТОРОЙ ЗАКОН (НАЧАЛО) ТЕРМОДИНАМИКИ
Пример. Полный дифференциал энтропии идеального газа выражается формулой
где M — масса газа, ц — его молярная масса (II.1.4.3), Cvix — молярная теплоемкость газа при постоянном объеме (11.2.5.4°), R — универсальная газовая постоянная (11.1.4.4°), T — температура газа, V — его объем. Этот результат получается при использовании первого начала термодинамики (11.2.3.1°) для 5Q с учетом уравнения Менделеева—Клапейрона (11.1.4.4°).
Изменение ASj_2 энтропии идеального газа при переходе его из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида процесса перехода:
3°. Некоторые важнейшие свойства энтропии изолированных систем (11.2.1.7°):
а) Энтропия изолированной системы, совершающей обратимый цикл (11.4.1.6°), не изменяется:
