2.5. Універсальне рівняння стану ідеального газу.

Ідеальним газом називається такий газ, у якого відсутні сили взаємного притягання і відштовхування між молекулами і зневажають розмірами молекул. Усі реальні гази при високих температурах і малих тисках можна практично вважати як ідеальні гази.

Рівняння стану як для ідеальних, як і для реальних газів описуються трьома параметрами згідно рівняння (1.7).

Рівняння стану ідеального газу можна вивести з молекулярно-кінетичної теорії або зі спільного розгляду законів Бойля-Маріотта і Гей-Люссака.

Це рівняння було виведено в 1834 р. французьким фізиком Клапейроном і для 1 кг маси газу має вигляд:

Р·υ = R·Т , (2.10)

де: R - газова постійна і представляє роботу 1 кг газу в процесі при постійному тиску і при зміні температури на 1 градус.

Рівняння (2.7) називають термічним рівнянням стану або характеристичним рівнянням. Для довільної кількості газу масою m рівняння стану буде:

Р·V = m·R·Т. (2.11)

У 1874 р. Д.И.Менделєєв ґрунтуючись на законі Дальтона ("У рівних об’ємах різних ідеальних газів, що знаходяться при однакових температурах і тисках, утримується однакова кількість молекул") запропонував універсальне рівняння стану для 1 кг газу, що називають рівнянням Клапейрона-Менделеева:

Р·υ = R_μ·Т/μ , (2.12)

де: μ - молярна (молекулярна) маса газу, (кг/кмоль);

R_μ = 8314,20 Дж/кмоль (8,3142 кДж/кмоль) - універсальна газова постійна і представляє роботу 1 кмоль ідеального газу в процесі при постійному тиску і при зміні температури на 1 градус. Знаючи R_μ можна знайти газову постійну R = R_μ/μ. Для довільної маси газу рівняння Клапейрона-Менделеева буде мати вигляд:

Р·V = m·R_μ·Т/μ . (2.13)

Тема 3. Другий закон термодинаміки.

3.1. Основні положення другого закону термодинаміки.

Перший закон термодинаміки затверджує, що теплота може перетворюватися в роботу, а робота в теплоту і не встановлює умов, при яких можливі ці перетворення.

Перетворення роботи в теплоту відбувається завжди цілком і безумовно. Зворотний процес перетворення теплоти в роботу при безперервному її переході можливий тільки за певних умов і не цілком. Теплота сам собою може переходить від більш нагрітих тіл до холодного. Перехід теплоти від холодних тіл д нагрітих сам себе не відбувається. Для цього потрібно затратити додаткову енергію.

У такий спосіб для повного аналізу явища і процесів необхідно мати крім першого закону термодинаміки ще додаткову закономірність. Цим законом є другий закон термодинаміки. Він установлює, можливий або неможливий той або інший процес, у якому напрямку протікає процес, коли досягається термодинамічна рівновага і при яких умовах можна одержати максимальну роботу.

Формулювання другого закону термодинаміки. Для існування теплового двигуна необхідні 2 джерела – гаряче джерело і холодне джерело (навколишнє середовище). Якщо тепловий двигун працює тільки від одного джерела то він називається вічним двигуном 2-го роду. 1 формулювання (Оствальда):

| "Вічний двигун 2-го роду неможливий". Вічний двигун 1-го роду це тепловий двигун, у якого L>Q₁, де Q₁ - підведена теплота. Перший закон термодинаміки "дозволяє" можливість створити тепловий двигун цілком перетворюючу підведену теплоту Q₁у роботу L, тобто L = Q₁. Другий закон накладає більш жорсткі обмеження і затверджує, що робота повинна бути менше підведеної теплоти (L<Q₁) на величину відведеної теплоти – Q₂, тобто L = Q₁ - Q₂.

Вічний двигун 2-го роду можна здійснити, якщо теплоту Q₂ передати від холодного джерела до гарячого. Але для цього теплота мимовільно повинна перейти від холодного тіла до гарячого, що неможливо. Звідси випливає 2-я формулювання (Клаузиуса):

|| "Теплота не може мимовільно переходить від більш || холодного тіла до більш нагрітого".

Для роботи теплового двигуна необхідні 2 джерела – гарячий і холодний. 3-я формулювання (Карно):

|| "Там де є різниця температур, можливе здійснення || роботи".

Усі ці формулювання взаємозалежні, з одного формулювання можна одержати іншу.