Третий закон термодинамики. Применение законов термодинамики

Опубликованно 18.09.2018 01:15

Термодинамика-это важный раздел физики. Можно смело сказать, что его достижения привели к появлению технологической эры и во многом определили ход человеческой истории за последние 300 лет. В статье рассматривается первый, второй и третий законы термодинамики и их применение на практике. Что такое термодинамика?

Прежде чем дать формулировку законов термодинамики, поймете, что этот раздел физики.

Слово "термодинамика" имеет греческое происхождение и означает "движение из-за жары". То есть, этот раздел физики занимается изучением любого процесса, в котором тепловая энергия преобразуется в механическое движение и наоборот.

Основные законы термодинамики были сформулированы в середине XIX века. Наука "движения и тепла" рассматривает поведение всей системы в целом, изучая изменение ее макроскопических параметров, таких как температура, давление и объем, и не обращая внимания на ее микроскопическую структуру. И первый из них играет фундаментальную роль в разработке законов термодинамики в физике. Интересно отметить, что они получены исключительно из экспериментальных наблюдений. Понятие термодинамической системы

Это означает, что любая группа атомов, молекул или других элементов, которые рассматриваются как единое целое. Все три закона сформулированы для так называемой термодинамической системы. Примерами являются: атмосфера Земли, любой живой организм, газовая смесь в двигатель внутреннего сгорания и т. д.

Все системы в термодинамике относятся к одному из трех типов: Открыть. Они делятся, как тепло и материей с окружающей средой. Например, если в горшке на открытом огне Для приготовления пищи, она является ярким примером открытой системы, поскольку банк получает энергию из внешней среды (пожар), в то время как он сам излучает энергию в виде тепла и испаряется вода (обмен вещества). Закрытые. В таких системах отсутствует обмен веществом с окружающей средой, хотя обмен энергией происходит. Вернувшись в предыдущем случае: если накрыть кастрюлю, и тогда вы получите систему закрытого типа. Изолированные. Это термодинамические системы, которые не являются ни материей, ни энергией обменивается с окружающим пространством. Примером может служить термосом, в котором будет горячий чай. Термодинамическая температура

Под этим понятием подразумевают кинетическую энергию частицы, образуя вокруг тела, которая отражает скорость хаотического движения частиц. Чем она больше, тем выше температура. Таким образом, уменьшение кинетической энергии системы, мы охлаждают.

Под этим понятием подразумевают кинетическую энергию частицы, образуя вокруг тела, которая отражает скорость хаотического движения частиц. Чем она больше, тем выше температура. Таким образом, уменьшение кинетической энергии системы, мы охлаждают.

Термодинамическую температуру выражают в си (международная система единиц) в Кельвинах (в честь английского ученого Уильяма Кельвина, который первым предложил эту шкалу). Понимание первого, второго и третьего законов термодинамики невозможно без определения температуры.

Деления один градус по шкале Кельвина соответствует один градус по Цельсию. Перевод между этими блоками осуществляется по формуле: ТК = тс + 273,15, где TК и Tс - температура в кельвинах и градусах Цельсия, соответственно.

Особенностью шкалы Кельвина является то, что оно не имеет отрицательных значений. Ноль (Тс = -273,15 оС) соответствует состоянию, когда тепловое движение частиц в системе отсутствует полностью, они "заморожены". Сохранения энергии и 1-й закон термодинамики

В 1824 году, Николя Леонар Сади Карно, французский инженер и физик, выдвинул смелое предположение, что не только привело к развитию физики, но является важным шагом к совершенствованию технологии. Она может быть сформулирована следующим образом: "энергия не может быть создана или уничтожена, она может только быть передана от одного состояния к другому".

На самом деле, фраза Сади Карно формулирует закон сохранения энергии, которые легли в основу 1 закон термодинамики: "всякий раз, когда система получает энергию извне, она берет его в других формах, основными из которых являются термические и механические".

Математическая формула для 1-й закон записывается в виде:

ВОПРОС = А ?U + А

здесь Q-количество тепла, передаваемого в окружающую среду из системы, а ?u изменение внутренней энергии системы, совершенную механическую работу. Адиабатические процессы

Хорошим примером является движение масс воздуха вдоль горных склонов. Такие массы огромного размера (и более километров), а воздух является отличным теплоизолятором. Вышеперечисленные свойства позволяют рассматривать любые процессы с массами воздуха, которые происходят в течение короткого времени как адиабатические. Когда воздух поднимается вдоль горного склона, перепады давления, расширяется, то есть совершает механическую работу, и, как следствие, охлаждается. Наоборот, движение воздушных масс вниз сопровождается повышением давления в нем, она сжимается и при этом нагревается.

Применение закона термодинамики, которое обсуждалось в предыдущем подзаголовке, это легче всего продемонстрировать на примере адиабатического процесса.

Согласно определению, в результате она не обменивается энергией с окружающей средой, то есть, в уравнении над Q = 0. Это приводит к следующему выражению: а ?u = -А. знак "минус" здесь означает, что система выполняет механическую работу за счет уменьшения своей внутренней энергии. Следует напомнить, что внутренняя энергия находится в прямой зависимости от температуры системы. Направление потока тепловых процессов

Эта проблема связана с 2-й закон термодинамики. Наверняка все замечали, что если положить в контакт два тела с разными температурами, холодной всегда будет теплой и горячей, чтобы охладиться. Обратите внимание, что обратный процесс может происходить в связи с первым законом термодинамики, но он никогда не реализуется на практике.

Причина необратимости этого процесса (и всех известных процессов во Вселенной) - это переход системы в более вероятное состояние. В Примере с контакта двух тел различной температуры наиболее вероятное состояние, в котором все частицы системы имеют одинаковую кинетическую энергию.

Второй закон термодинамики можно сформулировать следующим образом: "тепло самопроизвольно не может передаваться от холодного тела к горячему". Если ввести понятие энтропии как меры беспорядка, то она может быть представлена в таком виде: "любой термодинамический процесс протекает с увеличением энтропии." Тепловой двигатель

Этот термин понимается как система, которая телегу благодаря ей внешней энергии может делать механическую работу. Первые тепловые двигатели были паровые и был изобретен в конце XVII века.

Второй закон термодинамики играет решающую роль в определении их эффективности. Даже Сади Карно установил, что максимальная эффективность данного устройства равен: КПД = (Т2 - Т1)/Т2здесь, Т2 и Т1 - температура нагревателя и холодильника. Механическая работа может быть выполнена только при наличии потока тепла от горячего тела к холодному, и этот поток не может быть на 100% превращается в полезную энергию.

Ниже приведен рисунок, который показывает принцип работы теплового двигателя (вАБС - переведен тепловой машины QКНИ - теплопотери, Вт-полезному труду, P и V-давление и объем газа в поршне).

Абсолютный ноль, Нернста постулат

Наконец, давайте рассмотрим третий закон термодинамики. Его также называют Нернста постулат (название немецкий физик, который первым его сформулировал в начале XX века). Закон гласит: "С помощью конечного числа процессов невозможно достичь абсолютного нуля". То есть, вы можете ни в коей мере "заморозить" молекулы и атомы материи. Причиной этого является постоянное существующего теплообмена с окружающей средой.

Один из полезных выводов из третьего закона термодинамики, изменение энтропии при движении к абсолютному нулю. Это означает, что система стремится организовать. Этот факт может быть использован, например, для передачи парамагнитного в ферромагнитное состояние при охлаждении.

Интересно отметить, что самая низкая температура, которая была достигнута в настоящее время, является величина 5·10-10 к (2003 лаборатории Массачусетского Технологического Института, США). Автор: Валерий Савельев 15 сентября 2018 года

Категория: Культура