🗊Презентация Первое и второе начало термодинамики

Термодинамика — раздел физики,изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика — раздел физики,изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.

Классическая термодинамика: Главные законы термодинамики (иногда также называемые началами). Уравнения состояния и прочие свойства простых термодинамических систем (идеальный газ, реальный газ, диэлектрики и магнетики и т. д.) Равновесные процессы с простыми системами, термодинамические циклы. Неравновесные процессы и закон неубывания энтропии. Термодинамические фазы и фазовые переходы

История начал термодинамики Первое установленное начало термодинамики, которое в конечном счете стало «Вторым законом», было сформулирован Сади Карно в 1824. К 1860, в результате открытий в работах Рудольфа Клаузиуса и Вильяма Томсона, было уже два установленных «начала» термодинамики, первое начало и второе начало. Спустя годы, эти начала превратились в «законы». В 1873, например, термодинамик Джозайя Уиллард Гиббс в его «Графических методах в термодинамике жидкостей» ясно заявил о существовании двух абсолютных законов термодинамики: Первого закона и Второго закона. Теперь, открыто в общей сложности пять законов. За последние 80 лет различные авторы иногда предлагали добавить ещё законы, но ни один из них не был широко признан.

Ю́лиус Ро́берт фон Ма́йер (1814  —1878) —немецкий врач и естествоиспытатель. Родился в семье немецкого зажиточного пивовара. Изучал медицину в Тюбингене, Мюнхене и Париже. В 1842 г. оценил механический эквивалент теплоты по разности удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме. Ю́лиус Ро́берт фон Ма́йер (1814  —1878) —немецкий врач и естествоиспытатель. Родился в семье немецкого зажиточного пивовара. Изучал медицину в Тюбингене, Мюнхене и Париже. В 1842 г. оценил механический эквивалент теплоты по разности удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме.

Джеймс Пре́скотт Джо́уль (1818— 1889) —английский физик. Родился в семье богатого пивовара. Получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон. Опыты Джоуля состояли в измерении количества тепла, выделяющегося в сосуде с водой, в котором под действием опускающегося груза вращался электромагнит, а сам сосуд был помещён в магнитное поле. В этих опытах он впервые определил механический эквивалент теплоты, а в последующие годы исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия (1844), сжатии газа (1845) и т.д. Все эти опыты привели Джоуля к открытию закона сохранения энергии. Впоследствии его именем была названа единица измерения всех видов энергии – механической, тепловой, электрической, лучистой и др. Джеймс Пре́скотт Джо́уль (1818— 1889) —английский физик. Родился в семье богатого пивовара. Получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон. Опыты Джоуля состояли в измерении количества тепла, выделяющегося в сосуде с водой, в котором под действием опускающегося груза вращался электромагнит, а сам сосуд был помещён в магнитное поле. В этих опытах он впервые определил механический эквивалент теплоты, а в последующие годы исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия (1844), сжатии газа (1845) и т.д. Все эти опыты привели Джоуля к открытию закона сохранения энергии. Впоследствии его именем была названа единица измерения всех видов энергии – механической, тепловой, электрической, лучистой и др.

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (1821— 1894) —немецкий физик,врач, физиолог и психолог. В своих первых научных работах при изучении процессов брожения и теплообразования в живых организмах Гельмгольц приходит к формулировке закона сохранения энергии. В его книге «О сохранении силы» (1847) он формулирует закон сохранения энергии строже и детальнее, чем Роберт Майер в 1842 году, и тем самым вносит существенный вклад в признание этого оспариваемого тогда закона. Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (1821— 1894) —немецкий физик,врач, физиолог и психолог. В своих первых научных работах при изучении процессов брожения и теплообразования в живых организмах Гельмгольц приходит к формулировке закона сохранения энергии. В его книге «О сохранении силы» (1847) он формулирует закон сохранения энергии строже и детальнее, чем Роберт Майер в 1842 году, и тем самым вносит существенный вклад в признание этого оспариваемого тогда закона.

КАРНО́ (Никола Леонар) Сади (1796—1832), французский физик и инженер. В 1824 году вышла его первая и единственная работа— «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». В ней был произведён анализ существовавших в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения. Помимо этого там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл, обратимость и необратимость термодинамических процессов. Умер Карно в 1832 году от холеры. По правилам всё его имущество, в том числе и бумаги, было сожжено. Таким образом, его научное наследие было утрачено. Уцелела только одна записная книжка — в ней сформулировано первое начало термодинамики. КАРНО́ (Никола Леонар) Сади (1796—1832), французский физик и инженер. В 1824 году вышла его первая и единственная работа— «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». В ней был произведён анализ существовавших в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения. Помимо этого там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл, обратимость и необратимость термодинамических процессов. Умер Карно в 1832 году от холеры. По правилам всё его имущество, в том числе и бумаги, было сожжено. Таким образом, его научное наследие было утрачено. Уцелела только одна записная книжка — в ней сформулировано первое начало термодинамики.

Лю́двиг Бо́льцман (1844— 1906) — австрийский физик-теоретик. Больцман родился в Вене в семье акцизного чиновника. Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 1884 он вывел закон для испускательной способности абсолютно черного тела с учётом пропорциональности  Лю́двиг Бо́льцман (1844— 1906) — австрийский физик-теоретик. Больцман родился в Вене в семье акцизного чиновника. Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 1884 он вывел закон для испускательной способности абсолютно черного тела с учётом пропорциональности  давления равновесного излучения, предсказанного теорией Максвелла, и плотности его энергии. На могильном камне Больцмана выбита установленная им формула S = k lnW, связывающая энтропию   термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний  W. Коэффициент    Дж·К−1 носит название постоянной Больцмана.

Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус (имя при рожд. — Рудольф Готтлиб (1822— 1888) — немецкий физик, механик и математик. Университетское образование Клаузиус получил в Берлине. В работе «О движущей силе теплоты и о законах, которые можно отсюда получить для теории теплоты», опубликованной в 1850 г., Клаузиус сформулировал утверждение, которое позднее назвал тепловой аксиомой: «Теплота сама собой не может переходить от тела холодного к телу горячему». Тепловая аксиома Клаузиуса стала первой формулировкой второго начала термодинамики, ныне известной сейчас как формулировка Клаузиуса. В ряде последующих работ по механической теории тепла Клаузиус уточнил свою формулировку второго начала и доказал несколько новых теорем, носящих теперь его имя. В 1865 г. появилась работа «О различных удобных для применения формах второго начала математической теории теплоты», в которой Клаузиус ввёл понятие важнейшее для термодинамики энтропии. Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус (имя при рожд. — Рудольф Готтлиб (1822— 1888) — немецкий физик, механик и математик. Университетское образование Клаузиус получил в Берлине. В работе «О движущей силе теплоты и о законах, которые можно отсюда получить для теории теплоты», опубликованной в 1850 г., Клаузиус сформулировал утверждение, которое позднее назвал тепловой аксиомой: «Теплота сама собой не может переходить от тела холодного к телу горячему». Тепловая аксиома Клаузиуса стала первой формулировкой второго начала термодинамики, ныне известной сейчас как формулировка Клаузиуса. В ряде последующих работ по механической теории тепла Клаузиус уточнил свою формулировку второго начала и доказал несколько новых теорем, носящих теперь его имя. В 1865 г. появилась работа «О различных удобных для применения формах второго начала математической теории теплоты», в которой Клаузиус ввёл понятие важнейшее для термодинамики энтропии.

Начала термодинамики

Для получения математического выражения второго начала термодинамики рассмотрим работу идеальной тепловой машины. Работа машины основана на принципе обратимого циклического  процесса – термодинамического цикла Карно.  Для получения математического выражения второго начала термодинамики рассмотрим работу идеальной тепловой машины. Работа машины основана на принципе обратимого циклического  процесса – термодинамического цикла Карно. 

Проведя ряд несложных преобразований, получим для КПД идеальной Проведя ряд несложных преобразований, получим для КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно:

Энтропия – понятие, введённое в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. Энтропия – понятие, введённое в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. В статистической физике энтропия служит мерой вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния, в теории информации – мерой неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь различные исходы.

Количественная связь между энтропией S и термодинамической вероятностью W выражается формулой Больцмана: Количественная связь между энтропией S и термодинамической вероятностью W выражается формулой Больцмана: S = k ln W (32) С точки зрения статистической термодинамики второе начало термодинамики можно сформулировать следующим образом: Система стремится самопроизвольно перейти в состояние с максимальной термодинамической вероятностью. (формулировка Больцмана). Статистическое толкование второго начала термодинамики придает энтропии конкретный физический смысл меры термодинамической вероятности состояния системы.

Заключение Термодинамика может быть применена в широком круге вопросов в области науки и техники, таких, как двигатели, фазовые переходы, химические реакции, явления переноса, и даже чёрные дыры. Термодинамика имеет важное значение для других областей физики и химии, химической технологии, аэрокосмической техники, машиностроения, клеточной биологии, биомедицинской инженерии, материаловедения, и полезно в таких других областях, как экономика.