Работа и теплота как формы передачи энергии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Тела, участвующие при протекании т/д процесса обмениваются энергией. Передача энергии от одного тела к другому происходит двумя способами.

1-й способ реализуется при непосредственном контакте тел, имеющих различную температуру, путем обмена кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел либо лучистым переносом внутренней энергии излучающих тел путем э/м волн. При этом энергия передается от более нагретого к менее нагретому.

Количество энергии, переданной 1-м способом от одного тела к другому, называется количеством теплоты – Q [Дж], а способ – передача энергии в форме теплоты.

2-й способ связан с наличием силовых полей или внешнего давления. Для передачи энергии этим способом тело должно либо передвигаться в силовом поле, либо изменять свой объем под действием внешнего давления, То есть передачи энергии происходит при условии перемещения всего тела или его части в пространстве. При этом количество переданной энергии называется работой – L [Дж], а способ передача энергии в форме работы.

Количество энергии, полученное телом в форме работы называется работой совершенной над телом, а отданную энергию – затраченной телом работой.

Количество теплоты, полученное (отданное) телом и работа, совершенная (затраченная) над телом, зависят от условий перехода тела из начального состояния в конечное, т.е. зависят от характера т/д процесса.

Теплота и работа представляют две формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому.
Процесс работы – макроскопический, который представляет собой упорядоченную форму передачи энергии в результате механического взаимодействия макротел. Обязательным условием механической работы является изменение объёма рабочего тела.
По своему существу понятие теплоты близко к понятию работы. Но процесс передачи энергии в форме теплоты от одного тела к другому представляет собой совокупность микроскопических процессов (передача энергии при соударении молекул). Таким образом, теплота – процесс микрофизический, осуществляющий обмен энергией между системой и окружающей средой, на молекулярном уровне. Теплота может передаваться либо непосредственным контактом между телами (теплопроводностью, конвенцией), либо на расстоянии (излучением), причём во всех случаях этот процесс возможен только при наличии разности температур между телами.
Но теплота и работа являются неравноценными формами передачи энергии: в то время как работа может быть непосредственно направлена на пополнение запаса любого вида энергии (магнитной, электрической, потенциальной и т.д.), теплота направлена на пополнение только внутренней энергии.

Данный конспект лекций Вы можете использовать для создания шпаргалок и подготовки к экзаменам.

Передача энергии от одной ТС к другой, в зависимости от свойств системы, может происходить раз-личными способами. Для закрытых ТС возможен энергообмен лишь в двух формах: в форме теплоты и в форме работы.

Теплота процесса(теплота Q) – энергия, пере-даваемая одним телом другому при их взаимодействии, зависящая только от температуры этих тел и не связанная с переносом вещест-ва от одного тела к другому.

В случае, когда теплота переда-ется к системе, ее принято считать положительной “ +”. Если же теплота отво-дится от системы используют знак “ - “.

Между теплотой Q(Дж), удельной теп-лотой q(Дж/кг) и массой однородной сис-темы m (кг), которая участвует в про-цессе энергообмена, существует следующая взаимосвязь

Передача энергии в форме работы всегда связана с перемеще-нием ТС или отдельных ее частей (макротел) как целого. Работа процесса – энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии, не завися-щая от температуры этих тел и не связанная с переносом вещества от одного тела к другому.

В случае, когда работа переда-ется к системе, ее принято считать отрицательной и использовать со знаком “ - ”. Если же работа отво-дится от системы, ее считают поло-жительной и используют со знаком “ + “.

Между работой L, удельной ра-ботой l (Дж/кг) и массой однородной сис-темы m (кг), которая участвует в про-цессе энергообмена, взаимосвязь аналогична

Уравнение баланса имеет вид :

Баланс энергии составляется за промежуток времени работы си-мы(За цикл, сутки, месяц, год). Выбор отрезка времени в составлении баланса является важной и сложной задачей. Он составляется за определенный период в относительной или абсолютной форме. Как правило в абсолютной размерность прихода и расхода ГДж и обычно располагается по весу(год, сутки, час) от более к менее значимому. В относительной форме баланс составляется в процентах, для этого делиться на приход и расход. В отдельных случаях баланс составляется на единицу продукции из баланса энергии устанавливают абсолют и относит энергетические характеристики. Сравнивать два предприятия выпускающих одну и туже продукцию по расходам энергии не верно.

1 закона термодинамики в различных изопроцессах:

1) Изохорный (V=const)

- количество теплоты переданное системе идет на изменение внутр энергии

2) Изотермический (T=const)

- количество теплоты переданное системе идет на совершение работы.

3) Адиабатный (Q=0)

- газ совершает положительную работу,внутр энергия газа уменьшается, газ охлаждается

4) Изобарный (P=const)

количество теплоты переданное системе идет на изменеие внутренней энергии и на совершение работы

Второй закон термодинамики. Формулировки и их соотношение друг с другом. Значение понятия обратимости. Внешняя и внутренняя необратимость. Энтропия. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Аналитическое выражение 2-го закона термодинамики. Единое уравнение (тождество) термодинамики для закрытых систем

Второй закон термодинамики.

Второй закон как и первый является обобщенным опытными данными и никак не доказывается. Он относится к системе, находящейся в состоянии равновесия, к процессу перехода системы из одного состояния равновесия в другое. Он рассматривает направленность протекания естественных процессов, говорит о том, что различные виды энергии неравноценны.

Все процессы в природе протекают в направлении исчезновения движущей силы(градиент температур, давлений, концентраций). На изложенных фактах и основывается одна из формулировок закона: теплота не может переходить от менее к более нагретому телу. Вывод из 2-го закона: он устанавливает неравноценность теплоты и работы, и если при преобразовании работы в теплоту можно ограничиться изменением состояния одного теплоприемника, то при преобразовании теплоты в работу необходимо компенсация.

Другая формулировка закона: Невозможен вечный двигатель 2-го рода, то есть нельзя создать машину, единственным результатом функционирования которой будет охлаждение теплового резервуара.

Понятие обратимости занимает центральное место:

1) оно является водоразделом между феноменологической термодинамикой и статической физикой;

2) понятие обратимости позволяет получить точку отсчёта для оценки термодинамического совершенства протекания процесса.

Обратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (ОС) могут возвратиться в начальное состояние без того, чтобы в системе и ОС возникали какие-либо остаточные изменения.

Необратимый процесс – термодинамический процесс, после которого система и взаимодействующие с ней системы (ОС) не могут возвратиться в начальное состояние без возникновения остаточных изменений в системе или ОС.

Существует множество внутренних и внешних факторов, которые создают необратимость процессов.

Внутреннюю необратимость вызывает внутреннее трение молекул жидкости в результате молекулярных сил и турбулентности.

Внешняя необратимость следует из внешних факторов системы. Одна из самых частых причин внешней необратимости — механическое трение. Трение присутствует во всех процессах, где поверхность тела или вещества трется о другую поверхность. Другая причина внешней необратимости — процесс теплопередачи. По своей природе теплопередача происходит только в одном направлении: от более теплой области к более холодной. Следовательно, процесс невозможно полностью обратить, так как теплота не передается от более холодных областей более теплым без применения работы.

Энтропия – функция состояния термодинамической системы, определяемая тем, что ее дифференциал (dS) при элементарном равновесном (обратимом) процессе, происходящем в этой системе, равен отношению бесконечно малого количества теплоты (dQ), сообщенной системе, к термодинамической температуре (T) системы.

Введение энтропии дает нам ещё одно уравнение для расчета теплоты процесса, использование которого более удобно известного уравнения через теплоемкость. Площадь под графиком процесса в Т(S) – диаграмме в масштабе изображает теплоту процесса.

Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах.

Изменение энтропии в обратимом процессе хорошо показывает цикл Карно. Он состоит из 4х процессов: 1) отвод работы от рабочего тела (уменьшение внутренней энергии тела и уменьшение температуры тела); 2) изотермический отвод теплоты; 3) подвод к рабочему телу энергии в форме работы; 4) изотермический подвод теплоты. При изотермических подводе и отводе теплоты количество подведенной и отведенной энергии можно вычислить с помощью изменения энтропии.

Для обратимого процесса изменение энтропии определяется как

Изменение энтропии в необратимом процессе. Воспользуемся условием ( ), из этого условия получаем, что

Сумма приведенных теплот для необратимого цикла меньше нуля, где приведенная теплота – это отношение теплоты изотермического процесса к температуре процесса.

Перейдя к производному циклу и разбив его сеткой адиабат и изотерм на бесконечное число циклов Карно, просуммировав по всем циклам получаем, что . Отсюда можем получить как изменяется энтропия в необратимых процессах.

Но для обратимого процесса мы знаем, что .

Так как изменение энтропии как термодинамического потенциала не зависит от пути процесса, то очевидно, что . В необратимых процессах изменение энтропии ds на любом элементарном участке всегда больше отношения на этом же участке.

Аналитическое выражение 2-го закона термодинамики. Единое уравнение (тождество) термодинамики для закрытых систем.