Вопрос 1.
Важнейшей характеристикой термодинамической системы является величина ее внутренней энергии.
Все термодинамические системы представляют собой совокупность какого-то числа различных частиц: молекул, атомов, ионов и т.д. Частицы эти находятся в состоянии движения (поступательного, колебательного или вращательного) и, следовательно, обладают некоторым количеством кинетической энергии. Кроме того, они взаимодействуют друг с другом, т.е. обладают определенным запасом потенциальной энергии.
В самом общем виде можно определить внутреннюю энергию системы как сумму потенциальной и кинетической энергии всех составляющих ее частиц.
Это определение не позволяет, однако, дать однозначный ответ на вопрос о том, чему равна энергия конкретной системы, состоящей из определенного числа структурных единиц, например, молекул. На первый взгляд кажется, что данная задача решается достаточно просто. Для этого необходимо учесть кинетическую энергию движения молекул и потенциальную энергию их взаимодействия между собой. Но энергией молекулы не исчерпывается энергия системы. Существует потенциальная и кинетическая энергия атомов, входящих в состав каждой молекулы. Если учесть и эту энергию, то возникает вопрос, учитывать ли энергию электронов, принадлежащих атомам, и надо ли учитывать энергию атомных ядер? А так как сложность элементарных частиц неисчерпаема, то ни на каком уровне этой сложности нет оснований останавливаться.
Таким образом, в рамках термодинамики задача определения абсолютного значения внутренней энергии системы не имеет решения и в связи с этим не рассматривается. Первостепенное значение приобретает другой вопрос: как изменится энергия системы в результате осуществления термодинамического процесса.
|
|
Вопрос 2.
РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ
Если газ расширяется при постоянном давлении р, то сила, действующая со стороны газа на поршень: F = рS, где S - площадь поршня.
При подъеме поршня на высоту 
газ совершает работу
где ΔV - изменение объема газа.
При медленном сжимании газа работа, совершаемая внешними телами над газом, будет отличаться только знаком:
Вопрос 3.
Уравнение теплового баланса связывает количество теплоты, полученное одним телом, и количество теплоты, отданное другим телом при теплообмене. При этом в теплообмене могут участвовать не два тела, а три и более: Q1 + Q2 + Q3 + … = 0
Вопрос 4.
Закон сохранения энергии
Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления, называется первым законом термодинамики.
Первый закон термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
Этот закон можно сформулировать иначе:
Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:
Вопрос 5.
Второй закон термодинамики имеет следующие формулировки:
1. Теплота не может переходить самопроизвольно от менее нагретого тела к более нагретому.
2. Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в работу.
|
|
3. Вечный двигатель второго рода невозможен. Теплота, наиболее холодного из участвующих в процессе тел, не может служить источником работы.
Вопрос 6.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую.
Тепловые двигатели: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбина, реактивный двигатель. ДВС распространенный вид теплового двигателя. Название произошло от того, что топливо в нем сгорает прямо в цилиндре. Один рабочий цикл происходит за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск), поэтому такие двигатели называют четырехтактными.
Конструктивные особенности разных двигателей различны, так в паровой турбине на вал насажен диск с лопатками, около лопаток расположены трубы – сопла, в которые поступает пар из котла, то есть в турбине нет цилиндра, поршня, впускного и выпускного клапанов, коленчатого вала, шатуна, маховика – части ДВС.
Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела, холодильника, тела, механическая энергия которого меняется. Газ или пар, который является рабочим телом, получает некоторое количество теплоты, расширяется и совершает работу за счет своей внутренней энергии. С отработанным паром или выхлопными газами часть энергии передается атмосфере – холодильнику.
Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют КПД.
КПД= 
= 
Ап = Q1-Q2
КПД ДВС 20%-40%, паровых турбин выше 30%.
Интернет-источники
1. https://studfile.net/preview/5362964/page:4/
2. https://studopedia.ru/2_103030_vtoroy-zakon-termodinamiki.html
3. https://class-fizika.ru/10_a189.html
4. https://studopedia.ru/18_51184_printsip-deystviya-teplovogo-dvigatelya-kpd-teplovogo-dvigatelya.html