Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Второй закон термодинамики. Энтропия
Первый закон термодинамики позволяет рассчитать тепловые эффекты различных процессов и работу, совершаемую системой, но ничего не говорит о направлении самопроизвольного протекания процесса. Второй закон термодинамики устанавливает возможность, направление и предел протекания самопроизвольных процессов. С его помощью можно предсказать направление процесса, не прибегая к дополнительному эксперименту, и определить необходимое изменение условий, позволяющее провести процесс в нужном направлении. Почему многие экзотермические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты, не могут протекать самопроизвольно? И почему все-таки протекают эндотермические процессы, подобные испарению? И почему невозможно построить тепловую машину, КПД которой был бы равен 1? На эти вопросы отвечает II закон термодинамики. Но прежде, чем перейти к изложению сути II закона термодинамики, необходимо дать характеристику самопроизвольным процессам. Процессы самопроизвольные и несамопроизвольные, Обратимые и необратимые
Все процессы, протекающие в природе, могут быть разделены на самопроизвольные и несамопроизвольные. Самопроизвольным, или положительным, называется процесс, который совершается в системе без вмешательства со стороны окружающей среды. Например, переход теплоты от горячего тела к холодному, плавление льда при t > 0 °С. Процесс протекает самопроизвольно, если в системе существует градиент соответствующего свойства, т.е. отсутствует симметрия в распределении этого свойства. Например, переход теплоты от горячего тела к холодному происходит потому, что существует градиент температур (Т 1 > Т 2). При равенстве температур никакого переноса тепла не будет. Свойства самопроизвольных процессов. 1) Скорость самопроизвольных процессов измерима (достаточно велика). 2) Достаточно велика и их движущая сила. 3) Самопроизвольные процессы приближают систему к состоянию равновесия, из которого она самопроизвольно выйти не может. 4) Самопроизвольные процессы термодинамически необратимы, т.е. после их протекания систему и окружающую среду одновременно нельзя вернуть в первоначальное состояние: систему можно вернуть в прежнее состояние, затратив работу, но при этом произойдут изменения в окружающей среде (например, изменится энергия окружающих тел).
5) При протекании самопроизвольного процесса совершается работа А н/о (работа необратимого процесса). Если при осуществлении процесса система может вернуться в исходное состояние, не оставляя видимых изменений в окружающей среде, такой процесс является термодинамически обратимым. При этом в обратном направлении система проходит через те же промежуточные состояния, что и в прямом. Это значит, что в ходе прямого процесса должна производиться работа А обр., достаточная для того, чтобы вернуть систему в исходное состояние без помощи внешней среды. Термодинамическое понятие обратимости не совпадает со значением этого термина в химической кинетике. Обратимой в кинетике считают реакцию, результирующая скорость которой определяется разностью скоростей протекания ее в прямом и обратном направлениях, причем на величину этой разности не накладывается каких-либо ограничений. Для термодинамической обратимости требуется, чтобы реакция проходила в условиях, бесконечно близких к равновесию, когда скорости прямого и обратного процессов различаются на бесконечно малую величину. Основные свойства обратимых процессов. 1) Обратимые процессы идут с бесконечно малой скоростью. 2) Движущая сила обратимых процессов бесконечно мала. 3) Для реализации обратимого процесса система должная пройти через бесконечно большое число стадий. 4) Работа, производимая системой в ходе обратимого процесса, максимальна: А обр. = А max В природе и технике протекают только необратимые процессы. Но любой реальный процесс можно представить протекающим в условиях, сколь угодно близких к условиям обратимого процесса. Сравнивая реальный процесс с обратимым, можно в каждом конкретном случае указать пути повышения эффективности процесса. Наилучшей моделью обратимого процесса может служить бесконечно медленно протекающий процесс. Воспользуемся известным примером изотермического
Исходное состояние системы (точка А) характеризуется давлением газа в цилиндре р 1 и объемом V 1, конечное состояние (точка В) – давлением р 2 и объемом V 2. Переход системы из начального состояния в конечное можно осуществить различными путями. 1. Сразу снизить нагрузку на поршень до давления р 2, объем газа резко возрастет и станет равным V 2. При этом совершится работа расширения A = p 2(V 2 – V 1), которая равна площади под ломаной кривой АСВ. 2. Процесс можно провести через ряд последовательных стадий, например, снимать с поршня определенные (конечные) порции песка. Как только объем газа достигнет значения, отвечающего новому давлению на поршень, в системе установится равновесие. Работа возрастет на величину площади фигуры DEFKLC и станет равной , где рi – внешнее давление; D Vi – изменение объема, отвечающее данному давлению (при снятии соответствующего груза). При увеличении числа стадий, т.е. при уменьшении снимаемой нагрузки, работа еще более возрастает. В пределе, когда снимаемый груз бесконечно мал (снимаем по одной песчинке), а число стадий бесконечно велико, система все время будет приближена к состоянию равновесия. Такой процесс будет обратимым, работа его максимальна: (1.17) Под интегралом находятся две зависимые переменные – р и V. Произведем замену, используя уравнение состояния идеального газа (1.1): . После подстановки в (1.17) , . (1.18) Уравнение (1.18) применяется для расчета работы обратимого расширения 1 моль идеального газа. Выводы: 1) работа обратимо протекающих процессов максимальна, работа реальных процессов всегда меньше; 2) чем выше степень необратимости процесса, тем меньше работа, производимая системой. Если I закон термодинамики применим к любым термодинамическим процессам в равной мере, то II закон имеет различное выражение при применении его к обратимым и необратимым процессам.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 153; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.22.224.16 (0.01 с.) |