A termikus folyamatok visszafordíthatatlansága. A termodinamika második főtétele. Az entrópia fogalma

A termodinamika első törvénye - a hőfolyamatok energiamaradásának törvénye - kapcsolatot teremt a hőmennyiség között. K rendszer által, megváltoztatásával kapott ΔU belső energiáját és munkáját A, tökéletes a külső testek felett: Q = ∆U + A.

Ciklikus működésű hőgépek, amelyeket a termodinamika első főtétele tilt: 1 - 1. típusú örökmozgó, amely kívülről energiát nem fogyaszt; 2 - hőmotor hatékonysággal η > 1

A termodinamika első főtétele nem határozza meg a hőfolyamatok irányát. A tapasztalatok szerint azonban sok termikus folyamat csak egy irányba mehet végbe. Az ilyen folyamatokat irreverzibilisnek nevezzük. Például két test termikus érintkezésében különböző hőmérsékletek a hőáramlás mindig melegebb testről hidegebbre irányul. Az alacsony hőmérsékletű testről a magasabb hőmérsékletű testre történő hőátadás spontán folyamatát soha nem figyelik meg. magas hőmérsékletű. Ezért a hőátadás folyamata véges hőmérséklet-különbség esetén visszafordíthatatlan.

A reverzibilis folyamatok a rendszer egyik egyensúlyi állapotból a másikba való átmenetének folyamatai, amelyek végrehajthatók ellentétes irány a közbenső egyensúlyi állapotok ugyanazon sorozatán keresztül. Ebben az esetben maga a rendszer és a környező testek visszatérnek eredeti állapotukba.

Azokat a folyamatokat, amelyek során a rendszer állandóan egyensúlyi állapotban marad, nevezzük kvázi statikus. Minden kvázi statikus folyamat visszafordítható. Minden reverzibilis folyamat kvázi statikus.

Ha a hőgép munkatestét olyan hőtárolóval hozzuk érintkezésbe, amelynek hőmérséklete a hőcsere során változatlan marad, akkor az egyetlen reverzibilis folyamat egy izoterm, kvázistatikus folyamat lesz, amely végtelenül kicsi hőmérséklet-különbség mellett megy végbe. a munkafolyadék és a tartály. Két különböző hőmérsékletű termikus tározó jelenlétében két izoterm szakaszban is reverzibilis módon lehet folyamatokat végrehajtani. Mivel az adiabatikus folyamat mindkét irányban is végrehajtható (adiabatikus kompresszió és adiabatikus expanzió), a két izotermából és két adiabatból álló körfolyamat (Carnot-ciklus) az egyetlen reverzibilis körfolyamat, amelyben a munkaközeg termikus érintkezésbe kerül. mindössze két termikus tározóval. Minden más, két termikus tárolóval végzett körkörös folyamat visszafordíthatatlan.

Átalakulási folyamatok gépészeti munka a test belső energiájába való bejutás visszafordíthatatlan a súrlódás jelenléte, a gázokban és folyadékokban diffúziós folyamatok, a gázkeveredési folyamatok kezdeti nyomáskülönbség mellett stb. Bezárás. A reverzibilis folyamatok a valós folyamatok idealizálásai.

A termodinamika első főtétele nem tudja megkülönböztetni a reverzibilis és az irreverzibilis folyamatokat. Egyszerűen csak bizonyos energiaegyensúlyt követel meg a termodinamikai folyamattól, és nem mond semmit arról, hogy egy ilyen folyamat lehetséges-e vagy sem. A spontán lezajló folyamatok iránya megalapozza a termodinamika második főtételét. Úgy is megfogalmazható tilalom bizonyos típusú termodinamikai folyamatokon.

W. Kelvin angol fizikus 1851-ben a következőképpen fogalmazta meg a második törvényt:

Ciklikusan működő hőgépben lehetetlen olyan folyamat, amelynek egyetlen eredménye az egyetlen hőtárolóból beérkező teljes hőmennyiség mechanikai munkává való átalakítása lenne.

Egy hipotetikus hőmotort, amelyben egy ilyen folyamat végbemehet, a második típusú örökmozgónak nevezik. Földi körülmények között egy ilyen gép hőenergiát vehet fel például az óceánokból, és teljesen munkává alakíthatja. Az óceánokban lévő víz tömege kb 10 21 kg, és amikor egy fokkal lehűl, hatalmas mennyiségű energia szabadulna fel ( ≈ 10 24 J), egyenértékű a teljes égéssel 10 17 kg szén. A Földön évente megtermelt energia kb 10 4 alkalommal kevesebb. Ezért a második típusú örökmozgó nem kevésbé vonzó az emberiség számára, mint az első típusú örökmozgó, amelyet a termodinamika első főtétele tilt.

R. Clausius német fizikus a termodinamika második főtételét másképpen fogalmazta meg:

Lehetetlen egy olyan folyamat, amelynek egyetlen eredménye az lenne, hogy az energia hőátadással egy alacsony hőmérsékletű testről a magasabb hőmérsékletű testre kerüljön át.

ábrán A 3.12.2 a termodinamika második főtétele által tiltott, de a termodinamika első főtétele által nem tiltott folyamatokat mutatja be. Ezek a folyamatok a termodinamika második főtételének két megfogalmazásának felelnek meg.

Olyan folyamatok, amelyek nem mondanak ellent a termodinamika első főtételének, de a második törvény tiltja: 1 - a második típusú örökmozgó; 2 - spontán hőátadás a hideg testről a melegebbre (ideális hűtőszekrény)

Meg kell jegyezni, hogy a termodinamika második főtételének mindkét megfogalmazása egyenértékűek. Ha például feltételezzük, hogy a hő spontán módon (azaz külső munka ráfordítása nélkül) át tud szállni a hőcsere során a hideg testről a forróra, akkor arra a következtetésre juthatunk, hogy létre lehet hozni egy örökmozgót. második fajta. Valóban, egy igazi hőmotor kapja meg a fűtőtesttől a hőmennyiséget Q1és megadja a hűtőnek a hőmennyiséget Q2. Ugyanakkor a munka is megtörténik A = Q 1 - |Q 2 |. Ha a hőmennyiség |Q 2 | spontán átment a hűtőből a fűtőbe, majd végeredmény egy igazi hőgép és egy ideális hűtőgép munkája a hőmennyiség munkává alakítása lenne Q 1 – |Q 2 | a fűtőtesttől kapott változtatás nélkül a hűtőszekrényben. Így a valódi hőgép és az ideális hűtőgép kombinációja egyenértékű egy második típusú örökmozgóval. Hasonlóképpen kimutatható, hogy egy valódi hűtőgép és egy második típusú örökmozgó kombinációja egyenértékű egy ideális hűtőgéppel.

A termodinamika második főtétele közvetlenül összefügg a valós hőfolyamatok visszafordíthatatlanságával. A molekulák hőmozgásának energiája minőségileg különbözik az összes többi energiafajtától - mechanikai, elektromos, kémiai stb. A molekulák hőmozgásának energiáját kivéve bármilyen energia teljesen átalakulhat bármilyen más típusú energiává. energia, beleértve a hőmozgás energiáját is. Ez utóbbi csak bármilyen más típusú energiává alakul át részben. Ezért bármilyen fizikai folyamat, amelyben bármilyen típusú energia átalakul molekulák hőmozgásának energiájává, visszafordíthatatlan folyamat, vagyis nem hajtható végre teljesen ellentétes irányba.

köztulajdon Az összes irreverzibilis folyamat közül az, hogy termodinamikailag nem egyensúlyi rendszerben mennek végbe, és ezen folyamatok eredményeként zárt rendszer közeledik az állapothoz termodinamikai egyensúly .

A termodinamika második főtételének bármelyik megfogalmazása alapján a következő állítások, amelyeket Carnot-tételeknek nevezünk, igazolhatók:

Egy adott fűtő- és hűtőhőmérsékleten működő hőmotor hatásfoka nem lehet nagyobb, mint egy megfordítható Carnot-cikluson működő gép hatásfoka, ugyanazon a fűtési és hidegebb hőmérsékleten.

A Carnot-ciklus szerint működő hőmotor hatásfoka nem a munkaközeg típusától, hanem csak a fűtőelem és a hűtőszekrény hőmérsékletétől függ.

Így a Carnot-ciklus szerint működő gép hatásfoka maximális. η = 1 - Q 2 Q 1 ≤ η max = η Carnot = 1 - T 2 T 1 .

Az egyenlőségjel ebben a relációban reverzibilis ciklusoknak felel meg. A Carnot-cikluson működő gépeknél ez a reláció átírható így

| Q 2 | Q 1 = T 2 T 1 vagy | Q 2 | T 2 \u003d Q 1 T 1.

Bármilyen irányba is halad a Carnot-ciklus (az óramutató járásával megegyező vagy ellentétes irányban) a mennyiségek között Q1És Q2 mindig van különböző jelek. Ezért felírhatjuk, hogy Q 1 T 1 + Q 2 T 2 = 0.

Ez a kapcsolat bármely zárt reverzibilis folyamatra általánosítható, amely kis izotermikus és adiabatikus szakaszok sorozataként ábrázolható (3.12.3. ábra).

Önkényes reverzibilis ciklus kis izoterm és adiabatikus szakaszok sorozataként

Egy zárt reverzibilis ciklus teljes megkerülésével

∑ Δ Q i T i = 0 (reverzibilis ciklus),

Ahol ∆Q i = ∆Q 1i + ∆Q 2i- a munkaközeg által két izoterm szakaszban kapott hőmennyiség hőmérsékleten T i. Ahhoz, hogy egy ilyen összetett ciklust reverzibilis módon lehessen végrehajtani, a munkaközeget termikus érintkezésbe kell hozni sok hőmérsékletű termikus tárolóval. T i. Hozzáállás ∆Q i / T i hívott csökkentett hő. A kapott képlet azt mutatja a teljes csökkentett hő bármely reverzibilis ciklusban nulla. Ez a képlet lehetővé teszi új beírását fizikai mennyiség, ami az úgynevezett entrópiaés betűvel van jelölve S(R. Clausius, 1865). Ha egy termodinamikai rendszer átmegy egyik egyensúlyi állapotból a másikba, akkor az entrópiája megváltozik. A két állapot entrópiaértékei közötti különbség egyenlő a rendszer által az egyik állapotból a másikba való reverzibilis átmenet során kapott csökkentett hővel.Δ S \u003d S 2 - S 1 \u003d ∑ (1) (2) Δ Q i arr T .

Reverzibilis adiabatikus folyamat esetén ∆Q i = 0és innen ered az entrópia S változatlan marad.

Az entrópiaváltozás kifejezése ∆S egy nem izolált rendszer egyik egyensúlyi állapotból (1) egy másik egyensúlyi állapotba (2) a következőképpen írható fel: Δ S = ∫ (1) (2) d Q arr T .

Az entrópia egy állandó tagig van definiálva, ugyanúgy, mint pl. helyzeti energia testek erőtérben. fizikai jelentése van különbség ∆S entrópia a rendszer két állapotában. Az entrópia változásának meghatározása az esetben visszafordíthatatlan átmenet rendszerek egyik állapotáról a másikra, elő kell állnia néhány megfordítható A kezdeti és a végső állapotot összekötő folyamatot, és keresse meg az ilyen átmenet során a rendszer által kapott redukált hőt.

Entrópia és fázisátalakulások

Rizs. A 3.12.4 szemlélteti a gáz hőcsere hiányában "üregbe" történő kitágulásának visszafordíthatatlan folyamatát. Ebben a folyamatban csak a gáz kezdeti és végső állapota van egyensúlyban, és ezek ábrázolhatók a diagramon ( p, V). Pontok ( a) És ( b) ezeknek az állapotoknak megfelelő ugyanazon az izotermán helyezkednek el. A változás kiszámításához ∆S entrópia, tekinthetünk reverzibilis izoterm átmenetet a ( a) ban ben ( b). Mivel az izoterm tágulás során a gáz bizonyos mennyiségű hőt kap a környező testektől Q > 0, arra a következtetésre juthatunk, hogy a gáz irreverzibilis tágulásával az entrópia nőtt: ∆S > 0.

A gáz tágulása az üregbe. Entrópiaváltozás Δ S = Q T = A T > 0, ahol A = Q a gáz munkája reverzibilis izotermikus tágulás alatt

Egy másik példa az irreverzibilis folyamatra a hőátadás véges hőmérséklet-különbség mellett. ábrán A 3.12.5 két testet mutat be egy adiabatikus héjba zárva. Kezdeti testhőmérséklet T1És T2< T 1 . A hőátadás során a testek hőmérséklete fokozatosan kiegyenlítődik. A melegebb test lead némi hőt, a hidegebb pedig kap. A hideg test által kapott csökkentett hő modulusban meghaladja a forró test által leadott csökkentett hőt. Ebből következik, hogy egy zárt rendszer entrópiájának változása egy visszafordíthatatlan hőátadási folyamatban ∆S > 0.

Hőátadás véges hőmérséklet-különbségnél: a- kezdeti állapot; b a rendszer végső állapota. entrópia változás ∆S > 0

Az entrópia növekedése az izolált termodinamikai rendszerekben zajló összes spontán irreverzibilis folyamat közös tulajdonsága. Izolált rendszerekben reverzibilis folyamatokban az entrópia nem változik: ∆S ≥ 0.

Ezt az összefüggést a növekvő entrópia törvényének nevezzük.

A termodinamikai izolált rendszerekben végbemenő bármely folyamatban az entrópia vagy változatlan marad, vagy növekszik.

Az entrópia tehát a spontán folyamatok irányát jelzi. Az entrópia növekedése azt jelzi, hogy a rendszer közeledik a termodinamikai egyensúly állapotához. Egyensúlyi állapotban az entrópia vesz részt maximális érték. A növekvő entrópia törvénye a termodinamika második főtételének egy másik megfogalmazásaként fogható fel.

1878-ban L. Boltzmann adta valószínűségi az entrópia fogalmának értelmezése. Azt javasolta, hogy tekintsük az entrópiát mint a statisztikai zavar mértéke egy zártban termodinamikai rendszer. A zárt rendszerben minden spontán folyamat, amely közelebb hozza a rendszert az egyensúlyi állapothoz, és az entrópia növekedésével jár, az állapot valószínűségének növelésére irányul.

A makroszkopikus rendszer bármely állapota, amely tartalmaz nagy szám részecskék, sokféleképpen megvalósítható. Termodinamikai valószínűség W rendszerállapotok vannak számos módon, amellyel a makroszkopikus rendszer adott állapota megvalósítható, vagy a szám mikroállapotok amelyek megvalósítják az adott makroállapotot. Értelemszerűen a termodinamikai valószínűség W >> 1.

Például ha az edény tartalmaz 1 mol gáz, akkor talán hatalmas szám N Molekula elhelyezésének módjai az edény két felébe: N = 2 N A , ahol N A Avogadro száma. Mindegyik egy mikroállapot. Csak az egyik mikroállapot felel meg annak az esetnek, amikor az összes molekula az edény egyik felében (például a jobb oldalon) összegyűlik. Egy ilyen esemény valószínűsége gyakorlatilag nulla. A legnagyobb számú mikroállapot az egyensúlyi állapotnak felel meg, amelyben a molekulák egyenletesen oszlanak el a térfogatban. Ezért az egyensúlyi állapot a legvalószínűbb. Másrészt az egyensúlyi állapot a termodinamikai rendszer legnagyobb rendezetlenségének állapota és a maximális entrópiájú állapot.

Boltzmann szerint entrópia S rendszerek és a termodinamikai valószínűség W a következőképpen kapcsolódnak egymáshoz: S = k log W, ahol k = 1,38 10 -23 J/K a Boltzmann állandó. Így az entrópiát azon mikroállapotok logaritmusa határozza meg, amelyekkel egy adott makroállapot megvalósítható. Ezért az entrópia egy termodinamikai rendszer állapotának valószínűségének mértékeként tekinthető.

A termodinamika második főtételének valószínűségi értelmezése lehetővé teszi a rendszer spontán eltérését a termodinamikai egyensúlyi állapottól. Az ilyen eltéréseket ún ingadozások. A nagyszámú részecskét tartalmazó rendszerekben rendkívül valószínűtlen az egyensúlyi állapottól való jelentős eltérés.

Minden mechanikai jelenség súrlódás nélkül
a következő figyelemre méltó tulajdonságban különböznek.
Tök mindegy mechanikus mozgás test,
mindig lehetséges a fordított mozgás, amelyben
a test ugyanazon térbeli pontokon halad át azokkal
ugyanaz a sebesség, mint a közvetlen mozgásnál, de
csak az ellenkező irányba. Ez megfordíthatóság
a mechanikai jelenségek lehetnek másként is

szimmetriájukként megfogalmazni a jövő múlttal való felváltásával, vagyis az időjel változásával kapcsolatban. Ez a szimmetria magukból a mozgásegyenletekből következik.

Egészen más helyzet áll fenn a hőjelenségek terén. Ha bármilyen termikus folyamat következik be, akkor a fordított folyamat, azaz. az a folyamat, amelyben ugyanazokat az állapotokat bejárják, de csak fordított sorrendben, általában lehetetlen. Más szóval, a termikus folyamatok általában véve folyamatok visszafordíthatatlan.

A tipikusan irreverzibilis folyamatokra példaként említhetjük két különböző hőmérsékletű test érintkezése során fellépő energiaátadást, vagy a gáz üreggé való tágulási folyamatát. Fordított folyamatok soha nem fordulnak elő.

Általában minden magára hagyott testrendszer hajlamos a termikus egyensúlyi állapotba kerülni, amelyben a testek egymáshoz képest nyugalomban vannak, azonos hőmérséklettel és nyomással. Ezt elérve

állapotot, a rendszer maga nem hagyja el. Más szóval, minden hőjelenség, amelyet a termikus egyensúly közeledtével kísérnek, visszafordíthatatlanok.

Példa egy folyamatra magas fokozat
reverzibilis az adiabatikus tágulás
vagy gázsűrítés, ha a feltételek teljesülnek
adiabaticitás. Izotermikus folyamat is
visszafordítható, ha végrehajtják
elég lassú. A "lassúság" az
általában a reverzibilis jellemzője
folyamatok: a folyamatnak olyannak kell lennie
lassú, így a benne részt vevő szervek mintha
minden pillanatban sikerült benne lenni
megfelelő egyensúlyi állapot

jelenlegi külső körülmények. Az ilyen folyamatokat ún kvázi statikus.

Korábban már említettük, hogy a termikus egyensúlyban lévő testek rendszerében külső beavatkozás nélkül semmilyen folyamat nem mehet végbe. Ennek a körülménynek van egy másik vonatkozása is: a termikus egyensúlyban lévő testek nem tudnak munkát végezni.

Ezt a rendkívül fontos állítást a termikus egyensúlyban lévő testek energiája miatti munkavégzés lehetetlenségéről ún. termodinamika második főtétele. Folyamatosan jelentős hőenergia-tartalékok vesznek körül bennünket (például a világ óceánjai). Csak teljesítményű motor környezet, gyakorlatilag egy "örökmozgó" lenne. A termodinamika második főtétele kizárja a konstrukció lehetőségét, ahogy mondják, a második típusú örökmozgó, ahogy a termodinamika első törvénye (az energia megmaradás törvénye) kizárja a konstrukció lehetőségét első típusú örökmozgógép, amely „a semmiből” működne, külső energiaforrás nélkül.

3. Hő átalakítása mechanikai munkává

Térjünk most arra a problémára, amely a maga idejében valójában szolgált ( eleje XIX század) a termodinamika tudományként való megjelenésének oka - a hő mechanikai munkává alakításának problémája, vagy a hőgép problémája. A hő hatására mechanikai munka megszerzésére szolgáló módszerek feltalálása egy új korszak kezdete volt a civilizáció történetében.

A tény az, hogy a mechanikai munka mindig teljesen átalakítható hőenergiává (például a súrlódás miatt), de a hőenergia teljes átalakítása mechanikai energiává, mint kiderült, lehetetlen.

Minden hőt munkává alakító hőgép (gőzgép, belső égésű motor stb.) ciklikusan működik, vagyis a hőátadás és munkává alakítás folyamatai periodikusan ismétlődnek benne.

Ehhez az szükséges, hogy a munkát végző szerv (dolgozó szerv), felmelegedés után

munkát, visszatért eredeti állapotába, hogy újra elindítsa ugyanazt a folyamatot.

De tudjuk, hogy ahhoz, hogy a test teljes munkája az A ciklusban pozitív legyen, vissza kell térnie eredeti állapotába P-V diagram alacsonyabb görbe mentén (lásd 12.2. ábra). Azonban az alsó görbe tovább

a P-V diagram alacsonyabb hőmérsékletnek felel meg, ezért a munkafolyadékot a tömörítés előtt le kell hűteni.

Ezért a hőmotor ciklikus működéséhez egy másik, harmadik testre van szükség, amelyet ún hűtőszekrényés T 2 hőmérséklettel alacsonyabb, mint a fűtőelem hőmérséklete, ami összhangban van a termodinamika második főtételével. A termodinamika második főtételéből az következik, hogy a munka csak olyan testek miatt végezhető el, amelyek nincsenek termikus egyensúlyban (fűtőtest és hűtőszekrény). A hűtőszekrény némi hőt vesz fel |Q 2 | (hő Q2

negatív, mivel a test hőt bocsát ki) és lehűti. Az igazi hőmotorokban a környezet hűtőként szolgál.

A munkaközeg által egy ciklusban végzett teljes mechanikai munka

és, mint tudjuk, megegyezik a P-V diagramon látható ciklushurok területével (12.2. ábra).

Hatékonyság A hőgép n (hatékonyságát) aránynak nevezzük

Jegy 23. 1. A termikus folyamatok visszafordíthatatlansága; A termodinamika második főtétele és statisztikai értelmezése

1. A termikus folyamatok visszafordíthatatlansága; A termodinamika második főtétele és statisztikai értelmezése.

A termodinamika első törvénye - a hőfolyamatok energiamegmaradásának törvénye - kapcsolatot hoz létre között hőmennyiség A Q-t a rendszer a ΔU megváltoztatásával kapja belső energiaÉs munka A, tökéletes a külső testekhez:

Q = ∆U + A.

E törvény szerint az energia nem keletkezhet vagy semmisíthető meg; átkerül egyik rendszerből a másikba, és átalakul egyik formából a másikba. Soha nem figyeltek meg olyan folyamatokat, amelyek megsértik a termodinamika első törvényét. A termodinamika első főtétele nem határozza meg a hőfolyamatok irányát. A tapasztalatok szerint azonban sok termikus folyamat csak egy irányba mehet végbe. Az ilyen folyamatokat ún visszafordíthatatlan. Például két különböző hőmérsékletű test termikus érintkezése során a hőáram mindig a melegebb testről a hidegebbre irányul. Az alacsony hőmérsékletű testről a magasabb hőmérsékletű testre történő hőátadás spontán folyamatát soha nem figyelik meg. Ezért a hőátadás folyamata véges hőmérséklet-különbség esetén visszafordíthatatlan. megfordítható A folyamatok egy rendszer egyik egyensúlyi állapotból a másikba való átmenet folyamatai, amelyek ellentétes irányban hajthatók végre ugyanazon a közbenső egyensúlyi állapotok sorozatán keresztül. Ebben az esetben maga a rendszer és a környező testek visszatérnek eredeti állapotukba. Azokat a folyamatokat, amelyek során a rendszer állandóan egyensúlyi állapotban marad, nevezzük kvázi statikus. Minden kvázi statikus folyamat visszafordítható. Minden más, két termikus tárolóval végzett körkörös folyamat visszafordíthatatlan. Visszafordíthatatlanok azok a folyamatok, amelyekben a mechanikai munka a test belső energiájává alakul a súrlódás miatt, a diffúziós folyamatok gázokban és folyadékokban, a gázkeveredés folyamatai kezdeti nyomáskülönbség jelenlétében stb. Minden valódi folyamat visszafordíthatatlan, de meg tudják közelíteni a reverzibilis tetszőleges lezárási folyamatokat. A reverzibilis folyamatok a valós folyamatok idealizálásai. A termodinamika első főtétele nem tudja megkülönböztetni a reverzibilis és az irreverzibilis folyamatokat. Egyszerűen csak bizonyos energiaegyensúlyt követel meg a termodinamikai folyamattól, és nem mond semmit arról, hogy egy ilyen folyamat lehetséges-e vagy sem. A spontán lezajló folyamatok iránya megalapozza a termodinamika második főtételét. R. Clausius német fizikus megfogalmazta a termodinamika második főtételét: Lehetetlen olyan folyamat, amelynek egyetlen eredménye az lenne, hogy az alacsony hőmérsékletű testről egy magasabb hőmérsékletű testre hőátadással energiát adjunk át. A termodinamika második főtétele közvetlenül összefügg a valós hőfolyamatok visszafordíthatatlanságával. A molekulák hőmozgásának energiája minőségileg különbözik az összes többi energiafajtától - mechanikai, elektromos, kémiai stb. A molekulák hőmozgásának energiáját kivéve bármilyen energia teljesen átalakulhat bármilyen más típusú energiává. energia, beleértve a hőmozgás energiáját is. Ez utóbbi csak részben tapasztalhatja meg másfajta energiává való átalakulását. Ezért minden olyan fizikai folyamat, amelyben bármilyen típusú energia átalakul molekulák hőmozgásának energiájává, visszafordíthatatlan folyamat, vagyis nem hajtható végre teljesen ellentétes irányba. Minden irreverzibilis folyamat közös tulajdonsága, hogy termodinamikailag nem egyensúlyi rendszerben és ezen folyamatok eredményeként mennek végbe. zárt rendszer közeledik a termodinamikai egyensúly állapotához. A termodinamika második főtétele alapján a következő állítások igazolhatók, melyek ún Carnot tételei:

Egy adott fűtő- és hűtőhőmérsékleten működő hőmotor hatásfoka nem lehet nagyobb, mint egy megfordítható Carnot-cikluson működő gép hatásfoka, ugyanazon a fűtési és hidegebb hőmérsékleten.
A Carnot-ciklus szerint működő hőmotor hatásfoka nem a munkaközeg típusától, hanem csak a fűtőelem és a hűtőszekrény hőmérsékletétől függ.

2 . Nukleáris reakciók: nukleáris reakciók megmaradási törvényei; nukleáris láncreakciók; nukleáris energia; termonukleáris reakciók.

Nukleáris reakciók

A kölcsönhatások során az atommagok olyan átalakulásokon mennek keresztül, amelyek a bennük résztvevő részecskék mozgási energiájának növekedésével vagy csökkenésével járnak.

A magreakciók akkor lépnek fel, amikor a részecskék közel kerülnek a maghoz, és a hatásszférába kerülnek nukleáris erők. A hasonló töltésű részecskék taszítják egymást. Ezért lehetséges a pozitív töltésű részecskék atommagokhoz (vagy magokhoz) közeledni, ha ezek a részecskék (vagy atommagok) nagy kinetikus energiát kapnak (például protonok, deutériummagok - deuteronok, a-részecskék és más atommagok ionok elemi részecskéinek gyorsítói) .

Az első nukleáris reakciót gyors protonokon 1932-ben hajtották végre. A lítiumot a-részecskékre tudták hasítani:

A magreakciók energiahozama., ahol t p, t p, s állandó értékek

Ebben a reakcióban a héliummagokban a fajlagos kötési energia nagyobb, mint a lítiummag fajlagos kötési energiája. Ezért a lítiummag belső energiájának egy része a repülő a-részecskék mozgási energiájává alakul.

Az atommagok kötési energiájának változása azt jelenti, hogy a reakciókban részt vevő részecskék és atommagok teljes nyugalmi energiája nem marad változatlan. Hiszen az M I mag nyugalmi energiája a képlet szerint közvetlenül a kötési energián keresztül fejeződik ki. Az energiamegmaradás törvényének megfelelően a bomlási folyamat során a mozgási energia változása megegyezik a reakcióban részt vevő atommagok és részecskék nyugalmi energiájának változásával.

A magreakció energiahozama az atommagok és részecskék nyugalmi energiái közötti különbség a reakció előtt és után. A korábban elmondottak szerint a magreakció energiahozama megegyezik a reakcióban részt vevő részecskék mozgási energiájának változásával is.

Nukleáris reakciók neutronokon.

A neutron felfedezése fordulópontot jelentett a nukleáris reakciók tanulmányozásában. Mivel a neutronok töltésmentesek, szabadon behatolnak az atommagokba, és megváltoztatják azokat.

Például a következő reakció figyelhető meg:

Enrico Fermi volt az első, aki a neutronok által kiváltott reakciókat tanulmányozta. Felfedezte, hogy a nukleáris átalakulásokat nem csak a gyors neutronok okozzák, hanem a neutronok is.

Az atommagok reakciói nagyon változatosak. A neutronokat az atommagok nem taszítják, ezért különösen hatékonyak az atommagok lassú átalakulásának előidézésében.

termonukleáris reakciók hívásváltás atommagok amikor kölcsönhatásba lépnek az elemi részecskékkel vagy egymással.

3. Kísérleti feladat: "Gyorsulásmérés szabadesés matematikai inga segítségével.

Óra témája: A természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlansága. A termodinamika második főtételének fogalma.

Az óra célja:

1) Mutassa meg a természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlanságát, alkosson elképzelést a termodinamika második főtételéről;

2) Fejlessze ki a környező világ integrált szerkezetének elképzelését;

3) Az önálló munkavégzés képességének fejlesztése.

Az órák alatt:

A tanulók alapismereteinek frissítése:

Tesztfeladatok ismétléshez (frontális felmérés)

1. Az ideális gáz belső energiája a következőktől függ:

A) a gáz tömegére és nyomására. B) a gáz nyomására C) a gáz tömegére. D) a gáz térfogatára. E) a gáz hőmérsékletén.

2. Képlet egy ideális egyatomos gáz belső energiájának kiszámításához

DE). BAN BEN) TÓL TŐL)
. D)
. e) .

3. Ha izoterm folyamat játszódik le, akkor a nullával egyenlő érték

A) A'. B) A. C) ΔU. D) K. E) PV.

4. Állandó nyomáson 10 5 Pa gáz 10 munkát végzett 4 J. A gáz térfogata egyidejűleg

A) 1 m-rel növelve 3 . B) 10 m-rel növelve 3 . C) 0,1 m-rel nőtt 3 . D) 0,1 m-rel csökkent 3 .

E) 10 m-rel csökkent 3 .

5. Ha izokhorikus folyamat játszódik le, akkor a nullával egyenlő érték

A) ΔU. B) PV. C) A. D) Q. E) U.

6. Állandó nyomásR gáz térfogata Δ-vel nőttV . A termékkel egyenlő értékR ·Δ V ebben az esetben úgy hívják:

A) a gázon külső erők által végzett munka. C) a gáz belső energiája.

C) a gáz által kapott hőmennyiség. D) a gáz által végzett munka. E) a gáz által leadott hőmennyiség.

7. Az ideális gáz adiabatikus tágulása során végzett munka a miatt történik

A) a gáz belső energiájának csökkenése. C) a kapott hőmennyiség.

C) nyomásváltozások. D) az adott hőmennyiség. E) a gáz belső energiájának növelése.

8. Amikor adiabatikus folyamat játszódik le, a nullával egyenlő érték

A) A". B) Q. C) A. D) U. E) ΔU.

9. Az izoterm tágulás során 10 J hőt adtak át egy ideális gáznak. A gáz által végzett munka az

A) 2,5 J. B) 10 J. C) 7,5 J. D) -10 J. E) 5 J.

10. A hőmennyiség gázba adásánál 2 10 4 J 5 10-nek megfelelő munkát végzett 4 J. Majd a belső energia változása

A) 5 10 4 J. V)- 3 10 4 J.S) 7 10 4 J. D) -2 10 4 J. E) 3 10 4 J.

11. Ha a belső energia változása 20 kJ volt, és a gáz külső erőkkel szembeni munkája 12 kJ, akkor a hőmennyiség átadódott a gáznak.

A) 20 kJ. C) 10 kJ. C) 6 kJ. D) 12 kJ. E) 32 kJ.

12. Izoterm folyamatban a gáznak átadott hőmennyiség 2 10 8 J. A gáz belső energiájának változása az

A) 6 10 8 J. V) 10 8 J. C) 0. D) 4 10 8 J. E) 2 10 8 J.

13. A termodinamika első főtételének képlete izoterm folyamatra (A a gáz munkája, A´ a külső erők munkája)

A) Q \u003d A. B) ΔU \u003d Q. C) ΔU = A "+ Q. D) ΔU = A + A". E) ΔU = A´.

14. Olyan folyamat, amelyben a gáz nem működik

A) izobár. B) izoterm. C) adiabatikus. D) izokhorikus. E) forralás.

15. A termodinamika első főtételét az alapján fedezték fel

A) Newton második törvénye. C) Newton első törvénye. C) az energia megmaradás törvénye.

D) a lendület megmaradásának törvénye. E) a tömeg és az energia összefüggésének törvénye.

Válaszok: 1.E 2A 3C 4C 5 C 6D 7A 8V 9V 10V 11E 12C 13A 14d 15s

II . Új anyagok tanulása

Jóval az energiamegmaradás törvényének felfedezése előtt a Francia Tudományos Akadémia 1775-ben úgy döntött, hogy nem veszi figyelembe az első típusú örökmozgók tervezését. Hasonló döntéseket hoztak később más országok vezető tudományos intézményei is.

Az első típusú örökmozgó alatt olyan eszközt értünk, amely korlátlan mennyiségű munkát tud végezni üzemanyag vagy egyéb anyagok fogyasztása, azaz energiafogyasztás nélkül. Nagyon sok ilyen projekt született. De nem mindegyik működött örökké, ez vezetett ahhoz a véleményhez, hogy itt nem az egyes struktúrák tökéletlenségében van a lényeg, hanem egy általános mintában.

A termodinamika I. törvénye szerint, ha Q = 0, akkor a belső energiaveszteség miatt munkát lehet végezni. Ha az energiatartalék kimerül, a motor leáll. Ha a rendszer le van szigetelve és nem történik munka, akkor a belső energia változatlan marad.

Az energiamegmaradás törvénye kimondja, hogy a belső energia bármely átalakulásában változatlan marad, de nem mond semmit arról, hogy milyen átalakulások lehetségesek. Eközben számos, a természetvédelmi törvény szempontjából megengedhető folyamat nem valósul meg.

A forróbb test magától lehűl, energiáját a hidegebb testeknek adja át. A hidegebb testről a melegebbre való átmenet fordított folyamata nem mond ellent a megmaradási törvénynek, de nem fordul elő. Sok ilyen példa van. Ez arra utal, hogy a természetben zajló folyamatoknak van egy bizonyos iránya, nem úgy, ahogyan azt a termodinamika első főtétele tükrözi. A természetben minden folyamat visszafordíthatatlan (az élőlények öregedése).

A termodinamika második főtétele jelzi a lehetséges energiaátalakítások irányát, és így fejezi ki a természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlanságát. A tapasztalatok összegzésével állapították meg.

R. Clausius német tudós a következőképpen fogalmazta meg:

Lehetetlen a hidegebb rendszerből a melegebbre átvinni a hőt, hacsak nem történik egyidejű változás mindkét rendszerben vagy a környező testekben.

W. Kelvin angol tudós így fogalmazott:

Lehetetlen időszakosan végrehajtani egy ilyen folyamatot, amelynek egyetlen eredménye a munka beérkezése lenne az egy forrásból vett hő miatt.

Más szóval, egyetlen hőmotornak sem lehet eggyel egyenlő hatásfoka.

A második törvény Kelvin-féle megfogalmazása lehetővé teszi, hogy ezt a törvényt állításként fejezzük ki. Lehetetlen a második típusú örökmozgót építeni, vagyis olyan motort létrehozni, amely bármelyik test hűtésével működik.

A második típusú örökmozgó nem sérti meg az energiamegmaradás törvényét, de ha lehetséges volna, szinte korlátlan munkaforráshoz jutnánk, kikanalazva azt az óceánokból és lehűtve azokat. Az óceán lehűlése azonban, amint hőmérséklete a környezeti hőmérséklet alá csökken, azt jelentené, hogy a hidegebb testről a melegebbre kerül a hő, és ilyen folyamat nem mehet végbe.

A termodinamika második főtétele a természetben zajló folyamatok irányát jelzi.

III . Problémamegoldás:

1 feladat . Keresse meg a belső energia változását forró víz kapacitás 2 m3 at hőmérséklet 90 0 C-ra, ha szobahőmérsékletre hűtjük (24 0 TÓL TŐL). C=4,19 kJ/kg*K, ρ=1000kg/m 3

∆U= K, K= c· m· ( t 2 - t 1 ), m= ρ· V

2 feladat. Határozza meg a víz belső energiájának változását, ha azt egy elektromos vízforralóban forrásig melegítjük.

∆U = A, A = P t P = 1,01 * 10 5 Pa t=100 0 TÓL TŐL

3 feladat A gáz 2,5 10-es nyomástartó edényben van 4 Pa. Amikor tájékoztatja őt a hőmennyiségről 6 10 4 J izobár módon tágul 2m-rel 3 . Mennyit változott a belső energia? Hogyan változott a hőmérséklete?

(Válasz: ∆U= ∆U– A = Q- p ∆V= 10 4 J; ∆T> 0, mert ∆U > 0)

IV .Megerősítés (2 opciós teszttel ellátott kártyák):

Teszt

1 lehetőség

Milyen összefüggés érvényes egy gázban zajló izobár folyamatra?

A) ∆U= A B) ∆U= - A C) ∆U= p A D) A = p ∆V

2. Hogyan változik egy gáz belső energiája izotermikus tágulása során?

A) növekszik. B) csökken. C) A belső energia változása nulla. D) A belső energia változása bármilyen értékű lehet.

3. Milyen termikus folyamatban következik be hőátadás nélkül a rendszer állapotváltozása?

A) izobár. B) izokhorikus. B) izoterm. D) adiabatikus.

4. Az adiabatikus tágulás folyamatában a gáz 3 10-nek megfelelő mértékben működik 10 J. Mi a változás a gáz belső energiájában?

A) ∆U= 3 10 10 J. B) ∆U= - 3 10 10 J. C) ∆U= 0. D) ∆U bármilyen értéket felvehet.

5. Ha valamely folyamat során a gázba juttatott hő megegyezik a gáz által végzett munkával, akkor ez a folyamat:

A) izobár. B) adiabatikus. B) izoterm. D) izokorikus.

6. Amikor 300 J hőt adtunk át a gáznak, belső energiája 100 J-el csökkent. Milyen munkát végzett a gáz?

A) 100 J. B) 400 J. C) 200 J. D) - 100 J.

2. lehetőség

Az alábbi képletek közül melyik a termodinamika első főtételének matematikai kifejezése?

A) ∆U= A+Q B) η = A/Q 1 C) U= (3/2) (m/µ) R T D) A = р ∆V

2. A gáz belső energiája izotermikus kompressziója során:

A) ∆U bármilyen értéket felvehet. B) ∆U= 0 C) ∆U> 0 D) ∆U< 0

3. Milyen hőfolyamatban nem változik a rendszer belső energiája, amikor egyik állapotból a másikba kerül?

A) izobár. B) Izokorban. B) izoterm. D) Az adiabatikusban

4. Az izochor fűtés során a gáz 15 MJ hőt kapott. Mi a változás a gáz belső energiájában?

A) ∆U= 0 B) ∆U= -15 MJ C) ∆U= 15 MJ D) ∆U= 1 J

5. Ha valamilyen folyamatban a gázhoz juttatott hő megegyezik a belső energiájának változásával, azaz. Q= ∆U, akkor egy ilyen folyamat:

A) adiabatikus. B) izoterm. B) izokhorikus. D) izobár.

6. Amikor 20 kJ hőt vitt át a gázba, 53 kJ-nak megfelelő munkát végzett. Hogyan változott a gáz belső energiája?

A) 73 kJ-val megnövelve. B) 73 kJ-val csökkent. C) 33 kJ-val megnövelve. D) 33 kJ-val csökkent.

Önteszt teszt

1 lehetőség

2. lehetőség

. v. Házi feladat:

feladat a füzetben (Mennyi hőt szállított a hélium, ha a gáz izobár tágulása során végzett munkája 2 kJ? Mennyi a hélium belső energiájának változása?),

1 pár (2, egyenként 40 perces lecke)

Az óra típusa: komplex kreatív óra.

Az óra céljai:

Annak biztosítása, hogy a hallgatók elsajátítsák a téma alapfogalmait, megértve a termodinamika második főtételének lényegét és jelentését.
Elősegíteni a fizikai törvényszerűségek ismeretének kialakulását és a különféle feltételek fizikai folyamatok lefolyására gyakorolt hatását.
A szervezeten keresztül teremtsen feltételeket az értelmi képességek és az általános nevelési készségek fejlesztéséhez önálló munkavégzés diákok és csoportmunka.

Felszerelés: kaloriméter, fémhenger, acélgolyó, nedves homokozó, matematikai inga, 2-es típusú motorvázlat, feladatkártyák csoportoknak.

Az órák alatt

1. Szervezési mozzanat.

Az óra témájának, feladatoknak és munkatervnek a beszámolója. Munkacsoportok kialakítása a gondolkodás sajátosságait figyelembe véve.

2.Az ismeretek felfrissítése. Felkészülés az órák fő szakaszára.

Időtartam akár 7-8 perc.

A diákokat arra kérik, hogy válaszoljanak a kérdésekre.

A válaszok alapján következtetéseket fogalmaznak meg.

Mi a termodinamika első főtétele?

Hogyan olvasható a törvény?

Melyek e törvény alkalmazhatóságának határai? ( Fontos: zárt rendszerekre érvényes a törvény).

Melyek a törvény hiányosságai? ( Fontos: a törvény nem ad jelzést arról, hogy milyen irányba haladnak a folyamatok, amelyek megfelelnek az energiamegmaradás elvének).

Mi az egyenlőtlenség értéke a különböző típusú azonos mennyiségű energiának?

(Fontos: Különböző típusok Az energiák nem egyenértékűek a más fajokká való átalakulási képesség tekintetében. A mechanikai energia teljesen átalakítható belső energiává, például az elektromos energia belső. A belső energia tartalékok semmilyen körülmények között nem alakíthatók át teljesen más típusú energiává.)

A kiválasztott jellemzőket a példák elemzése igazolja.

Ha a rendszer két különböző hőmérsékletű testből áll, akkor a hőcsere úgy megy végbe, hogy a testek hőmérséklete kiegyenlítődik, és az egész rendszer termikus egyensúlyi állapotba kerül.

A termodinamika első törvénye nem sérülne, ha a hőátadás egy alacsony hőmérsékletű testről egy magasabb hőmérsékletű testre történne, feltéve, hogy a teljes energiaellátás változatlan marad.

A mindennapi tapasztalatok azt mutatják, hogy a hő átadása a hidegebb testről a melegebbre soha nem történik meg magától.

Egy kő bizonyos magasságból leesik. Ebben az esetben a potenciális energia kinetikai, majd mechanikai - belső energiává alakul. Ebben az esetben az energiamegmaradás törvénye nem sérül.

A fordított folyamat nem mondana ellent a termodinamika első törvényének: a földön fekvő követ a környező testek hőátadása felmelegíti, aminek következtében a kő bizonyos magasságba emelkedik.

A leírt helyzet a természetben nem figyelhető meg.

3. Csoportos munkaszervezés
.

A csoportos munka időtartama 20-25 perc.

Feladat: olvassa el a tankönyv szövegét, és oldja meg a javasolt feladatokat.

1. Feladat. Az 5.8. és 5.9. § anyagának tanulmányozása után írja be a fogalmakat:

Irreverzibilis folyamat (mondjon példákat);

A termodinamika második főtétele;

Első típusú perpetuum mobile;

Második típusú örökmozgó.

2. feladat Mondjon példákat olyan jelenségekre, amelyekben a rendszer spontán kilép a termodinamikai egyensúlyi állapotból!

A tanulók válaszaiból:

Az 1. feladathoz.

Az első típusú örökmozgó olyan eszköz, amely energiaforrás használata nélkül végez munkát.

(Fontos: ez a megfogalmazás ellentmond a termodinamika 1. főtételének.)

A második típusú örökmozgó olyan eszköz, amely csak a környezet hőjének megszerzésével működik.

(Fontos: Ez a megfogalmazás nem mond ellent a termodinamika 1. főtételének.)

A 2. feladathoz.

A termodinamika második főtételének megsértésére kellően kis rendszerekben példa a Brown-mozgás, amelyben a folyadékban szuszpendált részecske kinetikus energiát kap a környezet molekuláitól, bár a közeg hőmérséklete nem haladja meg a közeg hőmérsékletét. a Brown-részecske mosása.

A feladat. Tanulmányozza át az 5.8. és 5.9. pontokat. Vegye figyelembe a következő helyzeteket, és magyarázza el, mi történik.

A csoport laboratóriumi eszközöket használ a feladat elvégzéséhez.

A húr súlya oszcillál.

Mi változna, ha a rezgések vákuumban történnének?

Az edényt válaszfal választja el. Az első fele gázt, a második fele vákuumot tartalmaz. Mi történik, ha eltávolítják az akadályt? A gáz spontán visszatér egy idő után fél 1-nél?

ban ben)

Hasonlítsa össze a két helyzetet, és vonja le a következtetést.

1. Két test érintkezik. Adja meg a hőátadás irányát. Tud-e spontán hőátadni az ellenkező irányba?

2. Egy darab kálium-permanganátot leeresztettünk egy pohár vízbe. Egy idő után egyenletes színű oldatot kapunk. Újra kialakulhat egy darab kálium-permanganát?

A feladat. Tanulmányozza át az 5.8. és 5.9. pontokat. Készítsen diagramot egy olyan eszközről, amelyben a Clausius-posztulátum megsérül; Kelvin. Bizonyítsa be a termodinamika II. főtételének különböző megfogalmazásainak egyenértékűségét!

A hallgatók válaszára.

A tanulók feltételezett érvelése a különféle megfogalmazások egyenértékűségének bizonyítására:

1. Tegyük fel, hogy Kelvin posztulátuma igazságtalan.

Ekkor lehetséges egy olyan folyamat végrehajtása, amelynek egyetlen eredménye az A munka elvégzése lenne a Q energiának köszönhetően, egyetlen forrásból, T hőmérséklettel.

Ezt a munkát a súrlódás révén újra teljesen átalakíthatjuk hővé, amely egy olyan testre kerül, amelynek hőmérséklete magasabb, mint T.

Egy ilyen összetett folyamat egyetlen eredménye az lenne, hogy egy T hőmérsékletű testről egy magasabb hőmérsékletű testre hőt adnak át. De ez ellentmondana Clausius posztulátumának.

Következtetés: Clausius posztulátuma nem lehet igaz, ha Kelvin (Thomson) posztulátuma téves.

2. Tegyük fel, hogy Clausius posztulátuma igazságtalan, Kelvin posztulátuma sem teljesíthető.

Építsünk egy közönséges hőgépet (az ábra bal oldala). Mivel Clausius posztulátumát tévesnek feltételezzük, lehetséges olyan folyamatot végrehajtani, amelynek egyetlen eredménye a Q 2 átmenete a hűtőszekrényből a fűtőbe (az ábra jobb oldala). Ennek eredményeként a fűtőelem Q 1 hőt ad a gép munkatestének, és Q 2 hőt kap egy olyan folyamat során, amely ellentmond Clausius posztulátumának, így általában Q 1 -nek megfelelő hőmennyiséget ad le. K 2. A gép ezt a hőmennyiséget munkává alakítja.

A hűtőszekrény egészében egyáltalán nem történik változás, mert. ugyanazt a Q 2-t adja és kapja.

A hőmotor és a Clausius-posztulátumnak ellentmondó folyamat kombinálásával olyan folyamatot kaphatunk, amely ellentmond a Kelvin-posztulátumnak.

Így vagy mindkét posztulátum igaz, vagy mindkét posztulátum hamis, és ebben az értelemben egyenértékűek.

Egy ciklus reverzibilis, ha reverzibilis folyamatokból áll, vagyis olyanokból, amelyek ugyanazon az egyensúlyi állapotok láncán keresztül tetszőleges irányban végrehajthatók.

a) Az adiabatikus folyamatok reverzibilisek, ha kellően lassan mennek végbe.

b) Az izoterm folyamatok az egyedüli hőcserés folyamatok, amelyek reverzibilis módon hajthatók végre.

Minden más folyamat során a munkaközeg hőmérséklete megváltozik!

4. A munka eredményeinek bemutatása a csoportok által.

A csoportok munkájának eredményeinek bemutatásának teljes ideje 20-25 perc.

Minden csoport bemutatja munkája eredményét az osztálynak, válaszol a gyerekek és a tanár kérdéseire pontosító, elmélyítve az anyag megértését.

A csoportos kommunikáció során minden hallgató füzetbe készít egy szakdolgozat-összefoglalót, amely tartalmazza az alapfogalmakat, rendelkezéseket, mintákat, diagramokat és egyéb, a téma megértéséhez fontos megjegyzéseket.

5. A megszerzett ismeretek megszilárdítása.

Munkaidő - 8-10 perc.

A hallgatók figyelmébe ajánljuk a hallgató üzenetét a vezető feladatról.

Feladat: Magyarázza meg a valós hőfolyamatok irreverzibilitását a statisztikai mechanika szemszögéből!

Tézisek megválaszolása:

Tekintsük az MKT szemszögéből egy második típusú „örökmozgó” modelljét.

A motor működése

A gáz spontán módon összegyűlik a henger bal felében.
A dugattyút a gáz közelébe nyomják. Ebben az esetben a külső erők nem dolgoznak, mert a bal felében összegyűlt gáz nem gyakorol nyomást a dugattyúra.
Hőt viszünk a gázba, és arra kényszerítjük, hogy izotermikusan táguljon eredeti térfogatára. Ebben az esetben a gáz a betáplált hő miatt végez munkát.
Miután a dugattyú a jobb szélső helyzetbe mozdult, meg kell várni, amíg a gáz spontán módon ismét összegyűlik az edény bal felében, majd ismételjük meg mindent.

1. A termodinamikai megközelítés nem magyarázza meg a valós folyamatok visszafordíthatatlanságának természetét makroszkopikus rendszerekben.

2. A molekuláris-kinetikai megközelítés lehetővé teszi az irreverzibilitás okainak elemzését.

Eredmény: Kiderült, hogy egy időszakosan működő gépről van szó, amely csak úgy működik, hogy hőt kap a környezetből.

(Az MKT lehetővé teszi, hogy megmagyarázza, miért nem működik egy ilyen eszköz.

Arra biztatjuk a diákokat, hogy gondolkodjanak el ezen a kérdésen.)

Most már lehetővé válik az irreverzibilis folyamat fogalmának megmagyarázása: egy folyamat visszafordíthatatlan, ha a fordított folyamat gyakorlatilag soha nem következik be.

A figyelembe vett anyag lesz az alapja a következő lecke anyagának tanulmányozásának a „Hőmotorok” témában.

6. Ellenőrző munka.

Munkaidő - 5-7 perc.

1. Ha egy test mechanikai munka végzésével hőt kap, ez egy rendezett makroszkopikus mozgás kinetikai energiájának visszafordíthatatlan átalakulását jelenti a molekulák kaotikus mozgásának kinetikus energiájává.

2. A hő munkává átalakítása a molekulák véletlenszerű mozgásából származó energiának a makroszkopikus test rendezett mozgásának energiájává történő átalakulását jelenti.

7. A lecke összegzése.

Az óra elején kitűzött feladatok sikerességének értékelése.

Csoportok értékelése a munkához.