химический каталог




Физическая химия

Автор Б.П.Никольский, Н.А.Смирнова, М.Ю.Панов, Н.В.Лутугина и др.

п. д. увеличивается, если количество теплоты, передаваемой холодильнику, уменьшается.

Существенным обстоятельством является то, что машина Карно, как и всякая другая тепловая машина, может совершать работу (например, подъем грузов) только при наличии по крайней мере двух внешних «тепловых резервуаров»: нагревателя и холодильника.

Так как по нашему условию все процессы, составляющие цикл Карно обратимы, то и весь цикл является обратимым. Это значит, что цикл Карно можно провести в обратном направлении по пути ADCBA (см. рис. 1.2) также обратимо. Если сначала провести цикл Карно в прямом направлении, а после этого — в обратном, то все тела, принимавшие участие в этих процессах, вернутся в исходное состояние, и во всем окружающем мире не останется никаких следов происшедших процессов. Нагреватель в обратном цикле получит (в форме теплоты) то же количество энергии Qi, которую он отдал в прямом цикле рабочему телу (при t\). Холодильник отдаст рабочему телу то же количество энергии (в форме теплоты), которое он получил в обратном цикле (при t2) и, таким образом, тоже вернется в исходное состояние. Работа, совершенная рабочим телом (подъем грузов) в каждом из адиабатических и изотермических процессов прямого цикла, равна и противоположна по знаку соответствующей работе прямого цикла, т. е. грузы,, поднятые на некоторую высоту в прямом цикле, после завершения обратного цикла вернутся в исходное положение.

Таким образом, в результате действия обратимой машины Карно сначала в прямом, а потом в обратном направлении в мире не останется никаких изменений, что и соответствует условию обратимости цикла Карно.

Представим себе теперь две обратимо работающие машины Карно с общими нагревателем и холодильником, но с разными рабочими телами. Например, рабочим телом одной машины может быть какой-нибудь газ, а другой — некоторое вещество в жидком состоянии (при температурах холодильника и нагревателя). Пусть эти машины действуют так, что количество энергии, передаваемой холодильнику для обоих циклов одинахово: — Q2 = —Q2 Заставим первую машину работать (т. е. совершать цикл Карно) в прямом направлении, а вторую в обратном. В результате окажется, что:

нагреватель в прямом цикле Карно отдал рабочему телу

;первой машины количество теплоты Qi и получил от рабочего тела второй машины количество теплоты —Qj, т. е. в конечном <;чете нагреватель отдал Qi — (—Q{) = Qi -f- Qi (во втором цикле Q" < О);

холодильник по условию получит и отдаст (обратимо) одинаковое количество теплоты Q2 и, таким образом, вернется ъ исходное состояние;

будет совершена работа (подъем грузов): W — Q\ -f- Q*.

Если Qi > (—Qi), то W > 0, т. е. в результате действия ?обеих машин совершается положительная работа (подъем грузов) за счет теплоты, полученной от одного единственного «резервуара теплоты» (от нагревателя). Этот вывод находится в прямом противоречии с постулатом Планка, т. е. со вторым началом термодинамики. Следовательно, неравенство Qi > (—Qt') невозможно. Невозможно также неравенство Qi < (—Qi ), так как в этом случае, заставив обе машины действовать в противоположном по сравнению с предыдущим случаем направлении, мы также придем к заключению о противоречии со вторым началом термодинамики. Отсюда следует, что единственно возможным является равенство: Qt — — Q{, т. е.

П' = (Qj + Q'2)K - (Qf + QZ)/Q[" - г," (I- 27)

Таким образом, мы пришли к важному выводу, вытекающее :ыу из второго начала термодинамики:

все обратимые машины, совершающие циклы Карно с участием одного и того же нагревателя, имеющего температуру tu и одного и того же холодильника, имеющего температуру t2> имеют одинаковый к. п. д. независимо от природы рабочего те-.ла — теорема Карно.

Это значит, к. п. д. обратимой машины Карно может зависеть только от температур нагревателя и холодильника, иными словами он является универсальной (не зависящей от природы тела) функцией этих температур:

Побр—f Сь t2). (I. 28)

Здесь / — функция, одинаковая для всех обратимых машин Карно,

1 - / (tu h)

= 4>(tltt2), (1.29)

где ф — тоже универсальная функция

температур U и t2. г

До сих пор под температурой, обозначавшейся символом /, мы понимали величину, измеренную любым термометром: ртутным, водяным, спиртовым, газовым, электрическим и т. п. Для нас было важно качественное представление о температуре, как о величине, характеризующей большую или меньшую степень нагретости тел и определяющей направление процесса теплопередачи. Например, мы считали температуру нагревателя в цикле Карно (гО более высокой, чем температура холодильника '{t2). Теперь, пользуясь соотношением (1.29), мы можем установить строгую количественную абсолютную шкалу для измерения температуры, основанную на втором начале термодинамики и не зависящую от устройства термометра.

Представим себе три обратимых цикла Карно, в которых участвуют три термостата, имеющих температуры fi, t2 и (рис. 1.3). Все три цикла ограничены двумя общими адиабатами (АВ и CD). Первый цикл действует между изотермами ti и t2\ второй —1\ и г3; третий —t2 и U. Количества теплоты, получаемые рабочим телом (общим для всех трех циклов), обозначим через Qi, Q2 и Q3. Термостат г2 в первом цикле является холодильником (для него Q2 < 0), а в третьем — нагревателем (для него Q2 > О). Запишем для каждого цикла соотношение (1.29):

I Qil/I Q2 | = ф (f„ U)\ I Qi I/! Q31 = Ф (*i, *3); IQ2 l/l Q31 = ф ('* 13). (1.30)

Из уравнений (1.30), в которых <р одна и та же функция, не зависящая от природы рабочего тела (универсальная), следует:

IQil _ IQil . IQil м Ф„ оП

ТоГГ^ТозТ •Т^-ф(/1''2)-"ф1^Г7зТ- (L3I)

Очевидно, что соотношение (1.31) возможно только в том случае, если:

Ф СI, 'э) = * СО I Сз) и Ф {t2, h) = ф (h) I (r3),

гДе \|з и ? — функции (также универсальные) от температуры одной изотермы.

Отсюда:

|QIL/L Q21 = -Ф (^)/"Ф (h),

(I 32>

где — универсальная функция для любых циклов Карно; ее вид зависит от выбора шкалы для измерения температуры.

Соотношение (1.32) позволяет установить абсолютную шкалу измерения температуры, не зависящую от особенностей прибора, с помощью которого температуру измеряют. Обозначим универсальную функцию ф(/) через Т: ty(t)=T, и назовем эту величину термодинамической температурой. Уравнение (1.32) теперь можно представить в виде:

|Qil/iQ«l Из (1.27) и (1.33) следует:

Лобр = (7\

TJT2.

T%)ITt.

(I. зз>

Отсюда видно, что к. п. д. обратимой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника и не зависит от природы рабочего тела машины. Если Т\ — 7,2=0, т. е. нагреватель и холодильник, по существу, представляют собой один и тот же тепловой резервуар, то и к. п. д. = 0. Чем больше разность температур нагревателя и холодильника и выше температура нагревателя, тем выше и к. п. д. (ближе к единице).

Само собой разумеется, что термодинамическая температура удовлетворяет качественным требованиям, предъявляемым к понятию температура. Действительно, передача энергии в форме теплоты всегда происходит от тела с более высокой т

страница 9
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261

Скачать книгу "Физическая химия" (6.95Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
реклама на прицепах легально
наклейки с wow
юристы по гражданским делам москва
надувной замок для детей

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.01.2017)