Билет 9

1.Окрім розглянутих вище ізопроцесів велике значення в науці й

техніці має адіабатний процес – процес, при якому відсутній теплообмін

між системою і навколишнім середовищем (δQ = 0).

Відсутність теплообміну з навколишнім середовищем можна

забезпечити, застосовуючи, наприклад, теплоізолюючу оболонку. Однак

якщо процес протікає настільки швидко, що теплообмін між системою і

навколишнім середовищем не встигає відбутися, то цей процес можна

(дещо ідеалізовано) вважати адіабатним. Приклади адіабатних процесів:

процеси стиснення повітря в двигунах внутрішнього згорання, стиснення

газу ударною хвилею, тощо.

З першого закону термодинаміки випливає, що в разі адіабатного

процесу зовнішня робота здійснюється за рахунок зміни внутрішньої

енергії системи:

2.Робота всіх теплових двигунів заснована на тому, що механічна

роботи здійснюється за рахунок теплової енергії. Теплота переходить з

області з вищою температурою в область з нижчою температурою, і

частина теплової енергії може бути перетворена в механічну роботу.

Принцип роботи теплового двигуна показаний на рис. 3.5, а. У

теплових двигунах використовується прямий цикл. Від термостата

(термодинамічна система, яка може обмінюватися теплотою з тілами без69

зміни температури) з більш високою температурою T1, названого

нагрівачем, за цикл віднімається кількість теплоти Q1, а термостату з більш

низькою температурою T2, названому холодильником, за цикл передається

кількість теплоти Q2, при цьому здійснюється робота А = Q1 – Q2.

Коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплового двигуна називають відношення

роботи А, здійсненої двигуном за цикл, до кількості теплоти Q1 одержаної

від нагрівача:

З формули (3.13) виходить, що ККД теплового двигуна тим вище, чим

більше температура нагрівача і чим нижче температура холодильника.

Звідси, відповідно, випливає, що, підвищуючи температуру нагрівача і

знижуючи температуру холодильника (разом із зменшенням теплообміну з

навколишнім середовищем і сил тертя в тепловому двигуні), можна

збільшити ККД теплового двигуна.

Щоб ККД теплового двигуна дорівнював одиниці, необхідне

виконання рівності Q2 = 0, тобто тепловий двигун повинен мати одне

джерело теплоти, що неможливо. Французький фізик С. Карно показав, що

для роботи теплового двигуна необхідно не менше двох джерел теплоти з

різними температурами, інакше це суперечило б другому закону

термодинаміки.

Таким чином, без здійснення роботи не можна відбирати теплоту

від менш нагрітого тіла і віддавати її більш нагрітому. Це твердження є

не що інше, як другий закон термодинаміки у формулюванні Клаузіуса.

Другий закон термодинаміки не забороняє зовсім перехід теплоти від

менш нагрітого тіла до більш нагрітого. Саме такий перехід здійснюється в

холодильній машині. Але при цьому слід пам'ятати, що зовнішні сили

здійснюють роботу над системою, тобто цей перехід не є єдиним

результатом процесу.