Презентация на тему Второе начало термодинамики. Энтропия

Презентация на тему Второе начало термодинамики. Энтропия, предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 23 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1
Текст слайда:

Второе начало термодинамики


Энтропия

           ,

Второе начало термодинамики

Энтропия

Для обратимых (квазистатических, равновесных) процессов

Важнейшее свойство энтропии:

Энтропия замкнутой (теплоизолированной, внешние силы не совершают работу) макросистемы не уменьшается – она либо возрастает, либо остаётся постоянной.

В замкнутых системах:

Ещё одна формулировка 2-го начала

В случае обратимых процессов энтропия замкнутой макросистемы не меняется

В случае необратимых процессов энтропия замкнутой макросистемы возрастает


Слайд 2
Текст слайда:

Пример необратимого процесса в замкнутой системе: адиабатическое расширение газа в вакуум.

Замкнутая макросистема: два теплоизолированных объёма, разделённых перегородкой.

Равновесное состояние 1:

в объёме V1 ν молей идеального газа, T=T1, в объёме V2 – вакуум.

Равновесное состояние 2: в объёме V1 + V2 находится ν молей идеального газа, T=T1.

Переход очевидно необратимый. Должно быть S2-S1>0. Проверим.


Слайд 3
Текст слайда:


Мысленно проведём тот же процесс обратимо (квазистатически)

Снимая песчинку за песчинкой, дадим газу адиабатически расшириться и занять весь объём.

Газ остынет до температуры Т2 (теперь газ совершил работу за счёт внутренней энергии 0 = ∆U + ∆A).

Изохорически нагреем газ до начальной температуры Т1.

Формула относится только к равновесным процессам.

До сих пор всё происходило в замкнутой (теплоизолированной) системе (∆Q=0).

Теперь в систему подаётся тепло от внешнего нагревателя, она уже незамкнутая.


Слайд 4
Текст слайда:


Тепло подаётся только на стадии изохорического нагрева и только на этой стадии изменяется энтропия.

При изохорическом процессе



Слайд 5
Текст слайда:

Расширение газа в замкнутой системе приводит к росту энтропии.

Самопроизвольно он может протекать лишь в одну сторону.

Обратный процесс (самопроизвольное сжатие) запрещён вторым началом (поскольку энтропия при этом снижается).


Таким образом, анализ изменения энтропии указывает, какие неравновесные процессы в замкнутой системе возможны (протекают самопроизвольно), а какие нет.


Слайд 6
Текст слайда:

Статистический смысл энтропии


С другой стороны, макросистема представляет собой ансамбль огромного числа частиц, поведение которых подчиняется статистическим законам.

Например, если мысленно разделить объём V, заполненный газом, пополам, то крайне маловероятно, что все молекулы соберутся в одной из его частей, а другая окажется пустой.

И наоборот, если такая ситуация искусственно создана, когда мы убираем перегородку, газ немедленно заполняет весь объём, т.е. система самопроизвольно переходит в более вероятное состояние (и в то же время увеличивается энтропия).

Самопроизвольно макросистема переходит в то состояние, которое наиболее вероятно.


В замкнутых системах:

Самопроизвольные процессы протекают в направлении роста энтропии.



Слайд 7
Текст слайда:


Термодинамическая вероятность (статистический вес).

Макросостояние характеризуется термодинамическими параметрами p, V, T.

Но, макросистема состоит из громадного числа молекул (или атомов).

Молекулы газа могут иметь разные импульсы и координаты. Состояние с определёнными значениями всех координат и импульсов всех молекул системы называется микросостоянием.

Любому макросостоянию соответствует громадное число микросостояний.

Чем большим числом способов (микросостояний) может быть осуществлено данное макросостояние, тем оно более вероятно.

Статистический смысл энтропии

Термодинамическая вероятность данного макросостояния W равна числу способов (числу микросостояний), которыми может быть осуществлено данное макросостояние.


Слайд 8
Текст слайда:


Термодинамическая вероятность (статистический вес).

Число способов, которым можно разместить одну молекулу в объёме V пропорционально V.

Число способов, которым можно разместить в объёме V N молекул пропорционально

Термодинамическая вероятность состояния идеального газа:
W~ VN.

Термодинамическая вероятность W – огромное число (это не математическая вероятность, которая не превосходит 1).

Термодинамическую вероятность называют также статистическим весом.

Статистический смысл энтропии

Связь термодинамической вероятности состояний идеального газа с его объёмом.


Слайд 9
Текст слайда:

Статистический смысл энтропии

При расширении газа в вакуум




Формула Больцмана

Больцман установил, что это соотношение носит общий характер.

Изменение энтропии при расширении газа выражается через термодинамические вероятности состояний.



Слайд 10
Текст слайда:


Статистический смысл энтропии

В замкнутой системе самопроизвольные процессы совершаются в направлении более вероятных состояний.

Более вероятные состояния – менее упорядоченные, более однородные.

Например, самопроизвольные процессы идут в направлении выравнивания давления и температуры.

Принцип возрастания энтропии не относится к открытым системам, например, живым.

Гипотеза о «тепловой смерти вселенной».


Слайд 11
Текст слайда:

Третье начало термодинамики

При Т = 0 К

При абсолютном нуле энтропия тела обращается в нуль.

система обладает наименьшей возможной энергией,

её внутренняя энергия распределена между составляющими ее частицами единственным способом, а именно

все электроны в атомах находятся при этом в наинизших энергетических состояниях,

а атомы располагаются в пространстве определенным образом (в узлах кристаллической решетки твердого тела).

Благодаря полной упорядоченности этого единственного состояния его термодинамическая вероятность W = 1.

Нернст 1906, Планк 1911

Возможность определять абсолютное значения энтропии.


Слайд 12
Текст слайда:

Основное уравнение термодинамики для обратимых (квазистатических) процессов (объединяет 1 и 2 начала).

Для обратимых процессов


Энтропия идеального газа

Найдём S2 – S1 для двух состояний ν молей идеального газа: V1, T1 и V2, T2



Слайд 13
Текст слайда:

Энтропия идеального газа

Энтропия возрастает при увеличении V и T (больше беспорядка).


При Т2=Т1

Адиабатическое расширение в вакуум



Слайд 14
Текст слайда:

Второе начало: в замкнутой системе энтропия не может убывать.

ДО СИХ Тепловая машина, цикл Карно

В замкнутой системе мы хотим отнять тепло ΔQ1 от нагретого тела и за счёт этого тепла совершить работу.

Энтропия этого тела уменьшится на величину :

Но энтропия замкнутой системы не может убывать.

Тепло, переданное второму телу, ∆Q2 меньше, чем ∆Q1 (иначе не получить работу).

Поэтому должно быть другое тело, энтропия которого возрастёт настолько же или больше.

Таким образом этому телу должно быть передано тепло ∆Q2 и при этом должно быть ∆S2≥ ∆S1, т.е.


Слайд 15
Текст слайда:

Для получения работы необходимо «рабочее тело», которое должно

вернуться в исходное состояние, т. е. совершить замкнутый цикл и далее повторять его.

обратимо отнять тепло ΔQ1 от нагревателя,

обратимо отдать часть тепла ΔQ2 холодильнику,

разность ΔQ1 — ΔQ2 передать поршню в виде механической работы ΔА.


Слайд 16
Текст слайда:

Теорема Карно

Тепловая машина Карно состоит из

нагревателя с температурой Т1

рабочего тела (идеальный газ в цилиндре с поршнем)

холодильника с температурой Т2

Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Цикл обратимый (квазистатический).

Прямое направление: за счёт тепла полученного от нагревателя совершается работа – двигатель.

Обратное направление:
за счёт затраты работы тепло отбирается от холодильника – холодильная установка.


Слайд 17
Текст слайда:

Теорема Карно

Изотермическое сжатие (3-4):

Адиабатическое расширение (2-3):

Изотермическое расширение (1-2):

газ при температуре Т1 получает от нагревателя количество тепла Q1

газ остывает до температуры холодильника Т2.

газ при температуре Т2 отдаёт холодильнику количество тепла Q2

Рассмотрим прямой цикл

Адиабатическое сжатие (4-1):

газ нагревается до температуры нагревателя Т1

КПД:


Слайд 18
Текст слайда:

Теорема Карно

КПД:

Представим цикл Карно на диаграмме T - S





Слайд 19
Текст слайда:

Теорема Карно


Можно показать

При выводе не делалось никаких предположений о конкретном устройстве двигателя или вида рабочего вещества.

Теорема Карно:

КПД обратимых двигателей, работающих по циклу Карно, зависит только от температур Т1 и Т2 – нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства двигателя, ни от вида рабочего вещества.

КПД любой необратимой (реальной) тепловой машины, работающей с тем же нагревателем и холодильником, всегда ниже, чем у машины работающей по обратимому циклу Карно:


Слайд 20
Текст слайда:

Водородная энергетика

Возможность получения более высокого КПД в топливном элементе объясняется:
в топливном элементе электричество получается, минуя тепловой цикл, и поэтому здесь нет ограничений, налагаемых циклом Карно;
отсутствием промежуточных механических устройств.

Проблема энергосбережения при использовании углеводородного топлива наиболее эффективно решается на основе прямого преобразования химической энергии органического топлива в электрическую энергию с помощью водородных топливных элементов


Слайд 21
Текст слайда:

Первичный источник энергии: смесь метанола с водой.
Из метанольно-водяной смеси получается водород.
Водород подаётся на твёрдо-полимерный топливный элемент.
Работает в 4 раза дольше в том же объёме, что и ионно-литиевая батарея (включая топливный картридж).

Не требует источника электричества для зарядки.

Напряжение 13.9 В, мощность 19.4 Вт.

Плотность энергии: 882 Вт/л - рекордная!

Размеры: 65*18*19 мм3 = 22 мл.

7

Разработка японской фирмы Casio: источник питания для ноутбука


Слайд 22
Текст слайда:


13

Эксперимент в Российском ядерном центре (Саров): отделение трития от гелия с помощью сверхпроницаемых мембран

ООО инновационная компания «МЕВОДЕНА», резидент СКОЛКОВО (к. 103)



Слайд 23
Текст слайда:

Эксперимент со сверхпроницаемой мембраной в Национальном Институте Термоядерных Исследований Японии

Мембранная панель разработанная в ГУТ обращена непосредственно в плазму.

Large Helical Device


14


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика