Второе начало термодинамики - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Второе начало термодинамики. Доклад-сообщение содержит 60 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Термодинамика и статистическая физика

Слайд 2

Описание слайда:

Лекция № 3 Второе начало термодинамики. 1. Обратимые и необратимые процессы. 2. Энтропия. Второе начало термодинамики. 3. Неравенство Клаузиуса. Закон возраста- ния энтропии. 4. Различные формулировки второго начала термодинамики.

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после окончания процесса он может быть проведен в обратном направлении через все те же промежуточные состояния, что и прямой процесс (обратим в узком смысле). После проведения кругового обратимого процесса никаких изменений в среде, окружающей систему, не произойдет. При этом под средой понимается совокупность всех не входящих в систему тел, с которыми система непосредственно взаимодействует.

Слайд 5

Описание слайда:

Процесс называется необратимым, если он протекает так, что после его окончания систему нельзя вернуть в начальное состояние через прежние промежуточные состояния. Нельзя осуществить необратимый круговой процесс, чтобы нигде в окружающей среде не осталось никаких изменений.

Слайд 6

Описание слайда:

Свойством обратимости обладают только равновесные процессы. Каждое промежуточное состояние является состоянием термодинамического равновесия, нечувствительного к тому, идет ли процесс в прямом или обратном направлении.

Слайд 7

Описание слайда:

При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между системой и средой. Поэтому, производя адиабатическое расширение газа, а затем сжатие, можно вернуть газ в исходное состояние так, что в окружающей среде никаких изменений не произойдет.

Слайд 8

Описание слайда:

Адиабатный (адиабатический) процесс Это процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, т.е. При адиабатном процессе работа системы (или над системой) совершается за счет изме-нения внутренней энергии газа: (из I начала ТД: при ). Вывод уравнения адиабаты. и A = PdV : Для 1 моля идеального газа:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется некоторая необратимость процесса, обусловленная, например, несовершенством теплоизоля-ции, трением при движении поршня и т.д. Только в обратимых процессах теплота используется по назначению, не расходуется зря. Если процесс неравновесный, то будет необратимый переход, т.е. часть энергии уйдет (необратимо).

Слайд 13

Описание слайда:

Второе начало термодинамики Термодинамика, это наука о тепловых процессах, о превращении тепловой энергии. Для описания термодинамических процессов первого начала термодинамики недостаточно. Выражая общий закон сохранения и превращения энергии, первое начало не позволяет определить направление протекания процессов.

Слайд 14

Описание слайда:

Исторически второе начало термодинамики возникло из анализа работы тепловых двигате-лей. Рассмотрим схему теплового двигателя. От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низ-кой температурой Т2, называемому холодильником за цикл передается количество теплоты Q2 и совершается работа:

Слайд 15

Описание слайда:

Слайд 16

Описание слайда:

Слайд 17

Описание слайда:

Слайд 18

Описание слайда:

Слайд 19

Описание слайда:

Слайд 20

Описание слайда:

Понятие энтропии было впервые введено Рудольфом Клаузиусом в 1865 г. Для обратимых процессов изменение энтропии: - это выражение называется равенство Клаузиуса.

Слайд 21

Описание слайда:

Клаузиус Рудольф Юлиус Эмануэль (1822 – 1888) – немецкий физик-теоретик, один из создателей термодинамики и кинетической теории газов. Его работы посвящены молекуляр-ной физике, термодинамике, теории паровых машин, теоретической механике, математической физике. Развивая идеи Н. Карно, точно сформулировал принцип эквивалентности теплоты и работы.

Слайд 22

Описание слайда:

Изменение энтропии в изопроцессах Энтропия системы является функцией ее состояния, определенная с точностью до произвольной постоянной. Если система совершает равновесный переход из состояния 1 в состояние 2, то изменение энтропии:

Слайд 23

Описание слайда:

Таким образом, по этой формуле можно определить энтропию лишь с точностью до аддитивной постоянной, т.е. начало энтропии произвольно. Физический смысл имеет лишь разность энтропий. Исходя из этого, найдем изменения энтропии в процессах идеального газа.

Слайд 24

Описание слайда:

Так как, а то или

Слайд 25

Описание слайда:

Изменение энтропии S12 идеального газа при переходе его из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида перехода 1 2. Каждый из изопроцессов идеального газа характеризуется своим изменением энтропии, а именно: изохорический: т.к. V1= V2

Слайд 26

Описание слайда:

изобарический: т.к. Р1 = Р2, изотермический: т.к. адиабатический: адиабатический процесс называют изоэнтропийным процессом, т.к.

Слайд 27

Описание слайда:

Слайд 28

Описание слайда:

Поведение энтропии в процессах изменения агрегатного состояния Рассмотрим три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное и два перехода к ним. Фазовый переход «твердое тело – жидкость». Из школьного курса физики хорошо известны четыре факта об этом переходе.

Слайд 29

Описание слайда:

1. Переход вещества из твердого состо-яния (фазы) в жидкое называется плав-лением, а обратный – кристаллизация. 2. При плавлении система поглощает тепло, а при отвердевании – отдает тепло. 3. В процессе плавления температура системы остается постоянной до тех пор, пока вся система не расплавится эта температура называется температурой плавления.

Слайд 30

Описание слайда:

4. Закон плавления: количество тепла δQ, которое необходимо для плавле-ния вещества массой dm, пропорци-онально этой массе: Коэффициент пропорциональности λ есть константа, зависящая только от вещества системы и называемая удельной теплотой плавления.

Слайд 31

Описание слайда:

Этот закон справедлив и для кристаллизации, правда, с одним отличием: δQ в этом случае – тепло выделяемое системой. В обобщенном виде закон можно записать так: при плавлении: при кристаллизации:

Слайд 32

Описание слайда:

Можно использовать термодинамичес-кий смысл энтропии: с точки зрения термодинамики энтропия – это такая функция состояния системы, изменение которой dS в элементар-ном равновесном процессе равно отношению порции тепла δQ, которое система получает в этом процессе, к температуре системы Т:

Слайд 33

Описание слайда:

или Подставим сюда выражение для δQ, получим:

Слайд 34

Описание слайда:

Так как температура системы в данном фазовом переходе не меняется и равна температуре плавления Тпл , то подынтегральное выражение это величина, которая в ходе процесса не меняется, поэтому она от массы m вещества не зависит. Тогда изменение энтропии:

Слайд 35

Описание слайда:

Из этой формулы следует, что при плавлении энтропия возрастает, а при кристаллизации уменьшается. Физический смысл этого результата достаточно ясен: фазовая область молекулы в твердом теле гораздо меньше, чем в жидкости, так как в твердом теле каждой молекуле доступна только малая область пространства между соседними узлами кристаллической решетки, а в жидкости молекулы занимают всю область пространства.

Слайд 36

Описание слайда:

Поэтому при равной температуре энтропия твердого тела меньше энтропии жидкости. Это означает, что твердое тело представляет собой более упорядоченную, и менее хаотичную систему, поэтому и энтропия его меньше, чем у жидкости.

Слайд 37

Описание слайда:

Фазовый переход «жидкость – газ» Этот переход обладает всеми свойствами перехода «твердое тело – жидкость». Существует четыре факта также знакомые из школьного курса физики. 1. Переход вещества из жидкости в газовую фазу называется испарением, а обратный переход – конденсацией.

Слайд 38

Описание слайда:

2. При испарении система поглощает тепло, при конденсации – теряет. 3. Процессы испарения и конденсации протекают в широком диапазоне температур, но фазовым переходом они являются лишь тогда, когда процесс захватывает всю массу вещества. Это происходит при определенной температуре Ткип , которая называется температурой кипения. Для каждого вещества температура кипения своя.

Слайд 39

Описание слайда:

В процессе фазового перехода «жидкость – газ» температура остается постоянной и равной температуре кипения до тех пор, пока вся система не перейдет из одной фазы в другую. 4. Закон испарения: количество тепла δQ, необходимое для испарения вещества массой dm, пропорционально этой массе:

Слайд 40

Описание слайда:

Коэффициент пропорции r в этом выражении, есть константа, зависящая от вещества системы, называемая удельной теплотой испарения. Этот закон справедлив и для конденса-ции, правда с одним отличием: δQ в этом случае – тепло выделяемое системой. Закон испарения можно записать в общем виде: где знак плюс относится к испарению, а знак минус – к конденсации.

Слайд 41

Описание слайда:

Изменение энтропии в этом процес-се можно найти просто, считая процесс равновесным. И опять это вполне допус-тимое приближение, при условии, что разность температур между системой и «поставщиком» тепла невелика, т.е. на-много меньше температуры кипения Ткип. Тогда изменение энтропии:

Слайд 42

Описание слайда:

При равных температурах фазовая область молекул газа значительно больше фазовой области молекул жидкости, и энтропия газа больше энтропии жидкости. Газ, по сравнению с жидкостью, гораздо менее упорядоченная, более хаотичная система и энтропия газа больше энтропии жидкости.

Слайд 43

Описание слайда:

Изменения энтропии при обратимых и необратимых процессах Итак, энтропия – отношение полученной или отданной системой теплоты в обратимом процессе, к температуре, при которой происходит эта передача: Энтропия – величина аддитивная, т.е. она равна сумме энтропий всех тел входящих в систему:

Слайд 44

Описание слайда:

Обратимый цикл Карно Мы знаем, что, в тепловой машине, работающей по принципу Карно, имеются три тела: холодильник, нагреватель, рабочее тело (идеальный газ). Изменение энтропии газа так как газ возвращается в исходное состояние.

Слайд 45

Описание слайда:

Изменение энтропии нагревателя: Для холодильника: А т.к.

Слайд 46

Описание слайда:

то т.е. или т.е. S – константа. Это выражение называют равенство Клаузиуса.

Слайд 47

Описание слайда:

Необратимый цикл Карно Мы знаем, что т.е., или

Слайд 48

Описание слайда:

Таким образом Это неравенство Клаузиуса. Неравенство Клаузиуса является математической записью второго начала термодинамики для необра- тимых процессов. Для любого кру- гового процесса справедливо: - иногда тоже называют неравенством Клаузиуса

Слайд 49

Описание слайда:

Для замкнутой системы – математическая запись второго начала термодинамики.

Слайд 50

Описание слайда:

Различные формулировки второго начала термодинамики Математической формулировкой второго начала является выражение: Энтропия замкнутой системы при любых происходивших в ней процес-сах не может убывать (или увеличи-вается или остается неизменной) – это закон возрастания энтропии.

Слайд 51

Описание слайда:

При любом необратимом процессе энтропия увеличивается до того, пока не прекратятся какие-либо процессы. Это произойдет, при достижении замкнутой системы равновесного состояния, т.е. когда все параметры состояния системы (Р, Т) во всех точках системы станут одинаковыми. Вывести систему из этого равновесного состояния можно только затратив энергию из вне. На основании этих рассуждений Клаузиус в 1867 г. выдвинул гипотезу о тепловой смерти Вселенной.

Слайд 52

Описание слайда:

При обратимом процессе: При необратимом процессе:  изменение энтропии больше приведенной теплоты. Тогда эти выражения можно объединить:

Слайд 53

Описание слайда:

Первое и второе начала термодинамики в объединенной форме имеют вид:

Слайд 54

Описание слайда:

Слайд 55

Описание слайда:

Третье начало термодинамики Недостатки первого и второго начал термодинамики в том, что они не позволяют определить значение энтропии при абсолютном нуле Т = 0 К. На основании обобщения экспериментальных исследований свойств различных веществ при сверхнизких температурах был установлен закон, устранивший указанный недостаток. Сформулировал его в 1906 г. Нернст и называется он третьим началом термодинамики, или теоремой Нернста.

Слайд 56

Описание слайда:

Нернст Вальтер Фридрих Герман (1864 – 1941) – немецкий физик и физ-химик, один из основоположников физической химии. Работы в области термодинамики, физики низких температур, физической химии. Высказал утверждение, что энтропия химически однородного твердого или жидкого тела при абсолютном нуле равна нулю (теорема Нернста). Предсказал эффект «вырождения» газа.

Слайд 57

Описание слайда:

Согласно Нернсту, изменение энтропии S стремится к нулю при любых обратимых изотермических процессах, совершаемых между двумя равновесными состояниями при температурах, приближающихся к абсолютному нулю (S → 0 при Т → 0). Нернст сформулировал теорему для изолированных систем, а затем М. Планк распространил ее на случай любых систем, находящихся в термодинамическом равновесии.

Слайд 58

Описание слайда:

Как первое и второе начала термодинамики, теорема Нернста может рассматриваться как результат обобщения опытных фактов, поэтому ее часто называют третьим началом термодинамики: энтропия любой равновесной системы при абсолютном нуле температуры может быть равна нулю.

Слайд 59

Описание слайда:

Следствием Третьего начала является то что, невозможно охладить тело до абсолютного нуля (принцип недостижимости абсолютного нуля температуры). Иначе был бы возможен вечный двигатель II рода.