Законы термодинамики МОУ Гимназии 26 Выполнил: Селивнов М., Турсунова И., Кожухова В. учащиеся 10-В класса Руководитель: Пылкова Любовь Васильевна, учитель физики 2007\ 2008 учебный год

НУЛЕВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ Нулевое начало термодинамики сформулированное всего около 50 лет назад, по существу представляет собой полученное «задним числом» логическое оправдание для введения понятия температуры физических тел. Температура - одно из самых глубоких понятий термодинамики. Температура играет столь же важную роль в термодинамике, как, например процессы. Впервые центральное место в физике занял совершенно абстрактное понятие ; оно пришло на смену введенному еще во времена Ньютона ( 17 век) понятию силы - на первый взгляд более конкретному и «осязаемому» и к тому же успешно « математезированному» Ньютоном. Нулевое начало термодинамики сформулированное всего около 50 лет назад, по существу представляет собой полученное «задним числом» логическое оправдание для введения понятия температуры физических тел. Температура - одно из самых глубоких понятий термодинамики. Температура играет столь же важную роль в термодинамике, как, например процессы. Впервые центральное место в физике занял совершенно абстрактное понятие ; оно пришло на смену введенному еще во времена Ньютона ( 17 век) понятию силы - на первый взгляд более конкретному и «осязаемому» и к тому же успешно « математезированному» Ньютоном.

Первое закон термодинамики Первое закон термодинамики Первый закон термодинамика – это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления. Он показывает, от каких причин зависит изменение внутренней энергии. Этот великий закон прост: U = A+Q Первый закон термодинамика – это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления. Он показывает, от каких причин зависит изменение внутренней энергии. Этот великий закон прост: U = A+Q Часто вместо работы А внешних тел над системой рассматривают работу А` системы над внешними телами. Учитываю, что А`= -А, первый закон термодинамики в в форме U = A+Q можно переписать так: Q= U+A` Суть первого закона в утверждении: изменение так определенной энергии не зависит от процесса и определяется только начальным и конечным состояниями системы. Это означает, что внутренняя энергия – однозначная функция состояние системы и в замкнутой системе сохраняется.

Невозможность создания вечного двигателя Задолго до открытия закона сохранения энергии Французская Академия наук приняла в 1775г. Решение не рассматривать проектов вечных двигателей первого рода. Под вечным двигателем первого рода понимают устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты топлива или каких-либо других материалов. Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций: 1) Подъем воды с помощью архимедова винта; 2) Подъем воды с помощью капилляров; 3) Использование колеса с неуравновешивающимися грузами; 4) Природные магниты; 5) Электромагнетизм; 6) Пар или сжатый воздух.

Применение I закона к изопроцессам 1) T=const – изотермический T=0 T=0 Q=A Q=A U=0 U=0 2) P=const – изобарный Q= U+A Q= U+A 3) V=const - изохорный V=0 V=0 A=0 U=Q A=0 U=Q 4)Q=const–адиабатный U=A U=A =-A` =-A` Процессы в природе имеют определенную направленность, никак не отраженную в первом законе термодинамики. Все процессы в природе протекают только в одном определенном направлении. В обратном направлении самопроизвольно они протекать не могут. Все процессы в природе необратимы, и самые трагические из них – старение и смерть организмов.

Второй закон термодинамики Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Он был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов. Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Он был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов. Немецкий ученный Р. Клаузиус сформулировал этот закон так: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Немецкий ученный Р. Клаузиус сформулировал этот закон так: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Другая формулировка принадлежит английскому ученому У. Кельвину: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника. Другая формулировка принадлежит английскому ученому У. Кельвину: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника. Согласно 2 началу все процессы природы идут в оду сторону, к увеличению беспорядка, уменьшению энергии, а при полном беспорядке – напишет Клаузиус – наступит всеобщая смерть – всякое движение прекратится. Это грустный прогноз вызвал бурю возражений. Согласно 2 началу все процессы природы идут в оду сторону, к увеличению беспорядка, уменьшению энергии, а при полном беспорядке – напишет Клаузиус – наступит всеобщая смерть – всякое движение прекратится. Это грустный прогноз вызвал бурю возражений.

И Людвиг Больцман выдвинул спасительную теорию, что Вселенную необходимо рассматривать в целом, поскольку процессы, происходящие в различных удаленных ее частях текут независимо друг от друга, а иногда и в разных направлениях. В одной части может происходить угасание, а в другой – всплеск, выделение энергии. Строгий анализ показывает, что II закон выполняется для замкнутых и равновесных систем. Вселенную нельзя рассматривать как равновесную систему, бурные процессы на близких и далеких звездах свидетельствуют о том, что до равновесного состояние им еще очень далеко, и третье начало постулирует, что никогда, ни при каких условиях не может быть достигнут абсолютный нуль температур, хотя близкое приближение к нему допустимо. И Людвиг Больцман выдвинул спасительную теорию, что Вселенную необходимо рассматривать в целом, поскольку процессы, происходящие в различных удаленных ее частях текут независимо друг от друга, а иногда и в разных направлениях. В одной части может происходить угасание, а в другой – всплеск, выделение энергии. Строгий анализ показывает, что II закон выполняется для замкнутых и равновесных систем. Вселенную нельзя рассматривать как равновесную систему, бурные процессы на близких и далеких звездах свидетельствуют о том, что до равновесного состояние им еще очень далеко, и третье начало постулирует, что никогда, ни при каких условиях не может быть достигнут абсолютный нуль температур, хотя близкое приближение к нему допустимо.

Второй закон термодинамики постулирует существование функции состояния, называемой «энтропией» ( что означает от греческого «эволюция» ) и обладающей следующими свойствами : 1) Энтропия системы является экстенсивным свойством. Если система состоит из нескольких частей, то полная энтропия системы равна сумме энтропии каждой части. 2) Изменение энтропии S состоит из двух частей. Обозначим через S поток энтропии, обусловленный взаимодействием с окружающей средой, а через S - часть энтропии, обусловленную изменениями внутри системы, имеем S = S1 + S2 Приращение энтропии S обусловленное изменением внутри системы, никогда не имеет отрицательное значение. Величина S = 0, только тогда, когда система претерпевает обратимые изменения, но она всегда положительна, если в системе идут такие же необратимые процессы. Таким образом: Таким образом: S = 0 ( обратимые процессы ); S = 0 ( обратимые процессы ); S > 0( необратимые процессы ); S > 0( необратимые процессы ); Для изолированной системы поток энтропии равен нулю и выражения обратимого процесса и необратимого процесса сводятся к следующему виду : S1 = S > 0 ( изолированная система ). Для изолированной системы поток энтропии равен нулю и выражения обратимого процесса и необратимого процесса сводятся к следующему виду : S1 = S > 0 ( изолированная система ).

Третий закон термодинамики Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства - величины, характеризующих способность различных веществ химически реагировать друг с другом. Эта величина определяется работой A химических сил при реакции. Первое и второе начало термодинамики позволяют вычислить химическое средство W только с точностью до некоторой неопределенной функции. Чтобы определить эту функцию нужны в дополнении к обоим началам термодинамики новые опытные данные о свойствах тел. Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства - величины, характеризующих способность различных веществ химически реагировать друг с другом. Эта величина определяется работой A химических сил при реакции. Первое и второе начало термодинамики позволяют вычислить химическое средство W только с точностью до некоторой неопределенной функции. Чтобы определить эту функцию нужны в дополнении к обоим началам термодинамики новые опытные данные о свойствах тел.

Поэтому Нернстоном были предприняты широкие экспериментальные исследования поведение веществ при низкой температуре. В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики : по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе (Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину, которую можно принять равной нулю. Поэтому Нернстоном были предприняты широкие экспериментальные исследования поведение веществ при низкой температуре. В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики : по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе (Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину, которую можно принять равной нулю.