Навигация
4.4. Максимальная работа,
производимая находящимся в окружающей среде телом
Если тело находится в окружающей среде, температура и давление которой постоянны и равны 
, 
, то полезная внешняя работа, которая может быть произведена телом в процессе 1 – 2 над внешним объектом работы, составляет
,
где 
, 
, 
- соответственно внутренняя энергия, энтропия и объём тела;
, 
, 
- соответственно внутренняя энергия, энтропия, и объём всей системы в целом, т.е. тела и окружающей среды.
Максимальная работа 
производится телом при обратимом проведении процесса 1 – 2, когда 
; она равняется взятой с обратным знаком минимальной работе 
, т.е.
. (10)
При этом предполагается, что вся работа над внешним объектом (источником) работы производиться только телом; окружающая среда с внешним источником работы не взаимодействует и внешней полезной работы не совершает. Соответственно этому при обратимом изменении состояния окружающей среды на основании термодинамического тождества имеем
.
Так как при изменение энтропии окружающей среды и тела связано соотношением 
, а по условию постоянства объёма всей системы в целом 
, то это соотношение может быть переписано в виде
. (11)
Определим теперь полезную внешнюю работу, производимую адиабатически изолированной системой, которую составляет тело с окружающей средой.
Изолированная система имеет постоянный объём, и по этому вся производимая ею полезная внешняя работа не связана с изменением объёма.
Обратимое изменение состояния сложной изолированной системы означает следующее. Изолированная система состоит в самом общем случае из отдельных, отличающихся друг от друга частей (например, по температуре, давлению, составу и т.д.), которые в общем случае могут быть даже не связанны между собой. Энтропия, внутренняя энергия объём системы в целом равны соответственно сумме энтропий, внутренних энергий о объёмов, составляющих систему частей. Когда температура, давление, состав или какие-либо другие свойства разных частей системы различны, то состояние системы не является, естественно, состоянием полного термодинамического равновесия и должно поддерживаться действием различных регуляторов; адиабатических перегородок, жёстких стенок, полупроницаемых перегородок и т.п. Если действие регуляторов осуществляется достаточно медленно, т.е. квазистатически, так чтобы в любой момент времени каждая из частей системы находилась в локальном равновесии, а общая энтропия и объём системы сохраняли неизменные значения, то состояние системы будет изменяться обратимым образом.
Подставив в уравнение (10) значение 
, равное как было сказано выше 
, убеждаемся, что максимальная полезная внешняя работа адиабатически изолированной системы при обратном изменении равняется убыли внутренней энергии системы:
(12)
Величина 
представляет собой максимальную полезную внешнюю работу адиабатически изолированной внешней системы при обратимом изменении её состояния, когда объём 
и энтропия 
системы сохраняют неизменное значение.
Из термодинамического тождества можно получить также выражение для максимально полезной внешней работы в том случае, когда при обратном изменении состояния системы не меняются величины и 
;
(13)
Найдём теперь работу, производимую телом при изоэнтропическом процессе. Если состояние тела, находящегося в окружающей среде, изменяется изоэнтропически, то 
, и поэтому согласно уравнению (10) максимальная полезная внешняя работа тела
. (14)
Если давление тела при изоэнтропическом процессе не меняется и равняется давлению окружающей среды, т.е. 
, то на основании выражения (11)
(15)
Выражение (13) сохраняет свою силу и в том случае, если давление тела в начальном и конечном состояниях равно давлению окружающей среды 
, 
, а в промежуточных состояниях 
, т.е. тело в начальном и конечном состояниях находится в равновесии с окружающей средой, а в промежуточных состояниях равновесие между телом и средой отсутствует.
Поскольку тело вместе с окружающей средой представляет собой адиабатически изолированную систему, то уравнение (13) определяет также полезную внешнюю работу адиабатически изолированной системы при условии 
, 
.
Вычислим, далее, работу производимую телом в изометрическом процессе, когда температура тела равна температуре окружающей среды, т.е. 
. Если к тому же объём тела не меняется, т.е. 
, то согласно выражению (10)
(16)
Ясно, что при полезная внешняя работа не связана с изменением объёма тела, т.е. равна 
.
Выражение (14) справедливо и в том случае, когда в промежуточных состояниях 
и 
, но в конечном и начальном состояниях 
, 
.
Если неизменно давление тела, а температура тела равна температуре окружающей среды (или если в начальном и конечном состояниях 
, 
), то
(17)
Похожие работы
... в 2 раза. 180. Найти относительную скорость движения двух частиц, движущихся навстречу друг другу со скоростями u1 = 0,6×c и u2 = 0,9×c. II. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ Молекулярная физика и термодинамика – разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в них атомов и молекул (макроскопические системы ...
... түсінік болмайды.Олай болса,Бөлшек саны аз кезде біліне бермейтін,тек өте көп бөлшектер жиынтығына ғана тән,жаңа қасиеттер пайда болады.Статистикалық физиканың негізгі мәселесі,макро денелерге ғана тән,статистикалық заңдылықтарды анықтау болып табылады. 1.2.Статистикалық таралу ...
... с кислородом, восстановлением - отнятие кислорода. С введением в химию электронных представлений понятие окислительно-восстановительных реакций было распространено на реакции, в которых кислород не участвует. В неорганической химии окислительно-восстановительные реакции (ОВР) формально могут рассматриваться как перемещение электронов от атома одного реагента (восстановителя) к атому другого ( ...
... что разрешало противоречие между результатами Гей-Люссака и Дальтона. Успехи учения об атомно-молекулярном строении вещества, в особенности, газов, безусловно, оказало влияние на становление термодинамики и молекулярной физики и способствовало развитию механической теории теплоты. Во второй половине 18 века господствовала теория теплорода, но уже в начале 19 века она стала уступать свои позиции ...
0 комментариев