Эквивалентность тепловой и механической энергии

Согласно первому закону термодинамики энергия не исчезает и не рождается, она только превращается и одного видя в другой, причем в строго эквивалентных количествах. Но первое начало термодинамики не определяет ни направления протекания тепловых процессов, ни условий превращения тепла в работу. Несмотря на эквивалентность тепла и работы, процессы их взаимного превращения неравнозначны. Опыт показывает, что механическая энергия может быть полностью превращена в теплоту, например, путем трения, однако, полностью превратить теплоту в механическую энергию нельзя. [c.49]

Пусть при выстреле пуля попадает в массивный кусок металла и застревает в нем. Если отношение массы куска металла к массе пули достаточно велико, то после попадания пули кинетическая энергия системы (кусок металла+пуля) будет совсем незначительной — см. задачу 2А/1. Кинетическая энергия пули исчезла и не оказалась замененной эквивалентным количеством потенциальной механической энергии. Таким образом, принцип сохранения полной механической энергии, который был обсужден в 1.4, в данном случае неприложим. Однако при осмотре куска металла можно обнаружить, что его температура поднялась. Поскольку такой же подъем температуры может произойти при приведении куска металла в соприкосновение с нагретым телом, сообщающим тепло путем теплопроводности, мы говорим, что кинетическая энергия пули превратилась в тепло. Такое же истолкование мы даем всем тем явлениям, при которых в результате трения, удара, вязкого течения и т. д. наблюдается уменьшение полной механической энергии системы, сопровождающееся возникновением теплоты . Все такие процессы называются необратимыми. При изучении механики такие процессы обычно исключаются, и изложение касается только так называемых обратимых процессов, в которых механическая энергия сохраняется. Сейчас мы не станем подробно обсуждать различие между обратимыми и необратимыми процессами, потому что это заведет нас слишком далеко в осно- [c.40]

В то время, как механическую энергию можно полностью превратить в тепло, обратный процесс не может происходить без ограничений. Эти ограничения составляют суть второго закона термодинамики. Существует много эквивалентных формулировок второго закона термодинамики, например [c.24]

В связи с этим следует отметить, что в большинстве тепловых систем механическая энергия стоит в 4—10 раз дороже, чем эквивалентное ей количество тепла. [c.561]

Однако определенное количество энергии данного вида не может быть получено без затраты строго определенного количества энергии другого вида и не может исчезнуть оно лишь превращается в известное количество энергии другого вида. Например, при затрате 1 ккал тепла может быть получено 427 килограммометров механической энергии (другими словами, I ккал эквивалентна 427 килограммометрам) точно так же 1 джоуль (единица количества электрической энергии) эквивалентен 0,24 гкал. [c.21]

Если все тепло или часть его в данном процессе превращается в другой вид энергии, например, в механическую работу или работу электрического тока, то эта работа должна входить в одно из значений 2Q уравнения (48) или (48-а). Другой вид энергии необходимо обязательно выражать в эквивалентном количестве тепловой энергии. [c.78]

Другая (эквивалентная) формулировка этого закона гласит, что механическая энергия может быть полностью преобразована в тепло, но тепло никогда не может быть полностью преобразовано в механическую энергию. Таким образом, второй закон термодинамики содержит информацию о направлении термодинамических процессов и накладывает ограничения на предельную эффективность тепловых двигателей. [c.52]

Первый закон термодинамики — это закон сохранения (эквивалентности) энергии, указывающий на то, что изменение внутренней энергии U системы складывается всегда из количества тепла Q, подведенного к системе извне, и величины работы А, совершенной над системой. Понятие работы охватывает все виды энергии, кроме тепловой (работа механических, электрических и других сил). Таким образом, в любом процессе [c.48]

Системы, рассматриваемые в процессах переработки газов, являются движущимися (потоки газа и жидкостей), поэтому при их изучении удобно рассматривать скорость передачи энергии. Например, мы редко измеряем работу, по довольно часто пользуемся эквивалентным ей понятием мощности, которая является нормой времени для выполнения работы. Имея дело с передачей механической мощности и тепла, следует помнить, что они фактически эквиваленты, так как работа может превращаться в тепло и наоборот. Поэтому их можно выразить в эквивалентных единицах. Если тепло выражается, например, в единицах работы или мощности, то буквенные обозначения должны содержать единицу времени. [c.105]

Приращение теплосодержания газа равно количеству тепла, эквивалентному приращению энергии статического давления, плюс количество тепла, эквивалентное механическим потерям, минус количество тепла, отводимое от газа в процессе сжатия. [c.32]

Всякое вещество обладает не только определенным составом, но и определенным запасом химической энергии. При химических реакциях происходит изменение состава веществ и одновременно изменение запаса энергии. Разность химической энергии исходных и конечных продуктов реакции превращается в эквивалентное количество энергии иной формы механическую, лучистую, тепловую или электрическую. Для большинства химических реакций особенно характерен переход химической энергии в тепловую, выделение тепла экзотермические реакции) ИЛИ поглощение тепла эндотермические реакции). [c.64]

Другим недостатком этой теории является то, что в ней ие учитываются механические потери ири хрупком разрушении материала. Действительно, выше уже говорилось, что исходной посылкой в теории Гриффита является равенство изменения упругой энергии 11 увеличению свободной поверхности энергии е при росте трещины. Однако это условие может выполняться лишь в равновесном состоянии, когда скорость роста трещины стремится к нулю (что эквивалентно условию д]) /дс = 0). Если рост трещины происходит с конечной скоростью, то часть упругой энергии рассеивается, превращаясь в тепло. Очевидно, что закон сохранения энергии в этом случае должен быть записан в виде [c.289]

Мы видим в каждом из этих примеров, что если надлежащим образом управлять процессом достижения равновесия, то одновременно система будет совершать возможную работу над средой. Если же система никак не связана с окружающей средой, а ее начальное состояние является неравновесным, то энергия, эквивалентная работе, которая могла бы быть совершена, рассеивается в виде тепла. Отсюда мы делаем вывод, что самопроизвольные изменения, протекающие в изолированной механической системе, сопровождаются необратимой потерей свободной энергии или потенциала и выделением теплоты, связанной с этой потерей, до тех пор, пока не достигается состояние с минимальной потенциальной энергией или с минимальной свободной энергией. Это утверждение содержит основную мысль второго начала термодинамики. [c.44]

Интересна история этого открытия. Р. Майер, будучи хирургом на корабле, направлявшемся на остров Ява, заметил, что в тропиках венозная кровь у матросов принимает особо яркий красный цвет. Исходя из теории Лавуазье, что животное тепло образуется в результате окисления пищи, Майер пришел к заключению, что механическая, химическая и тепловая энергия взаимно эквивалентны. [c.408]

Химической называется энергия, которая находится в веществах в скрытом состоянии и освобождается только при химических реакциях. Непосредственно химическую энергию, содержащуюся в веществе, измерить нельзя, поэтому ее относят к потенциальной энергии. При химических реакциях происходит не только изменение состава взаимодействующих веществ, но также изменение энергии. Если получающиеся вещества содержат меньше химической энергии, чем исходные, то этот избыток превращается в эквивалентное количество энергии другой формы механической, световой, тепловой, электрической. Количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании или разложении грамм-молекулы вещества, называется тепловым эффектом реакции и выражается в килокалориях (ккал). [c.11]

В 1842 г. немецкий ученый Р. Мейер установил эквивалентность между выделяющимся теплом и механической работой. В 1845 г. он же установил положение, что при всех химических и физических процессах заданная сила (энергия) остается постоянной величиной . [c.11]

Второй закон термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что превращение одной формы энергии в другую происходит по закону эквивалентности когда одна форма энергии исчезает, появляется эквивалентное количество энергии другой формы. Однако опыт показывает, что, в то время как все формы энергии (механическая, электрическая, лучистая, химическая и т. д.) могут полностью превращаться в тепловую энергию, тепло нельзя полностью превратить в энергию механическую, электрическую, химическую и т. д., всегда остается часть тепла, которая не может превращаться в другие формы энергии. Таким образом, тепловая энергия в известном смысле является низшей формой энергии, так как она лишь частично в определенных условиях превращается в механическую или электрическую энергию. [c.188]

При необходимости создания однородной эмульсии из воды и бензина, имеюш,его ту же плотность, что и спирт, но не растворимого в воде, необходимо будет непрерывно затрачивать работу для создания поверхностной энергии громадного количества частиц системы бензин—вода. Такая система нестабильна и распадается в течение нескольких десятков секунд с выделением тепла. Совершенно очевидно, что для поддержания необходимой дисперсности системы бензин—вода к ней следует непрерывно подводить механическую энергию, которая, преобразовавшись в поверхностную энергию, обеспечит равновесие системы. Количество механической энергии, подводимой к данной системе, должно быть эквивалентно тепловой энергии, освобождаюш ейся при непрерывном распаде эмульсии. Точно так же для обеспечения возможности существования системы бензин—кислота, бензин—водород, мазут—водород и др. к ним необходимо непрерывно подводить механическую энергию. [c.152]

Упомянем в связи с этим об исследованиях профессора натуральной философии в Глазго У. Томсона (1824—1907), более известного под именем лорда Кельвина. Развивая выводы Джоуля о взаимной эквивалентности тепла и механической энергии, Томсон ввел в 1848 г. шкалу абсолютной температуры (шкала Кельвина). В середине XIX в. по предложению Томсона и У. Ранкина (1820—1872) вошло в обращение понятие энергия . [c.409]

На заре своего развития термодинамика в основном занималась взаимопереходом тепла в работу, поэтому прежде всего било установлено сохранение энергии при переходе тепла в механическую работу и эквивалентность тепла и работы. Позднее была установлена эквиваленгность тепла многим другим видам энергии. [c.13]

Различают следующие виды энергии механическую, тепловую, магнитную, электрическую, лучистую и химическую (потенциальную) и др. Химической называется та энергия, которая находится в веществах в скрытом состоянии и освобождается только при химических реакциях. Определенное весовое количество любого вещества содержит в себе определенное количество химической энергии. Непосредственно химическую энергию, содержащуюся в веществе, измерить нельзя, поэтому ее относят к потенциальной энергии. При химических реакциях происходит не только изменение состава взаимодействующих веществ, но также изменение энергии. Если получающиеся вещества содержат меньше химической энергии, чем исходные вещества, то этот избыток превращается в эквивалентное колк .ство энергии другой формы механическую, световую, Т1 ло-вую, электрическую. Количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании или разложении грамм-молекулы вещества, называется тепловым эффектом реакции и выражается в килокалориях (ккал). [c.13]

Именно таким образом Майер вычислил механический эквивалент тепла (из-за неточности измерений Ср и Майером сначала была получена неверная цифра, а именно 1 Кал — ШЪ кгм лишь уточнение измерений Ср и позволило дать уже совершенно правильный, приведенный нами выше, механический эквивалент тепла. Точные измерения эквивалента, произведенные Гирном, Джоулем и другими при помощи самых разнообразных методов исследования, во всех случаях давали одно и то же значение эквивалента, причем оказалось, что не только теплота переходит в механическую работу (а работа переходит в теплоту) в строго определенном отношении, но подобная же закономерность наблюдается и при переходе различных видов энергии из одного в другой. Закон сохранзния энергии мог быть поэтому сформулирован так все виды энергии переходят друг в друга в строго эквивалентном отношении в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна, при их вшпмопревращении энергия не теряется и не создается вновь. [c.55]

Это уравнение эквивалентности механической работы и тепла являемся частным случаем первого закона. Изменение внутренней энергии Д /, сопровождающее всякое изменение состояния системы, определяется только начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути, по которому Jи тeмa переходит из первого состояния в послед нее. Состояние системы определено, если такие переменные, как да-вление, объем, температура, масса и химический состав, которые характеризуют ее свойства, заданы и известны. [c.92]