Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


“епловые двигатели и холодильные машины. ÷икл  арно и его к. п. д. дл€ идеального газа




»з формулировки второго начала термодинамики по  ельвину следует, что вечный двигатель второго рода Ч периодически действующий двигатель, совершающий рабо≠ту за счет охлаждени€ одного источника теплоты, Ч невозможен. ƒл€ иллюстрации этого положени€ рассмотрим работу теплового двигател€ (исторически второе начало термодинамики и возникло из анализа работы тепловых двигателей).

ѕринцип действи€ теплового двигател€ приведен на рис. 85. ќт термостата* с более высокой температурой 1, называемого нагревателем, за цикл отнимаетс€ количество теплоты Q 1, а термостату с более низкой температурой 2, называемому холодильником, за цикл передаетс€ количество теплоты Q 2, при этом совершаетс€ работа ј = Q 1 Ц Q 2.

„тобы термический коэффициент полезного действи€ теплового двигател€ (56.2) был равен 1, необходимо выполнение услови€ Q 2 = 0, т. е. тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты, а это невозможно. Tax, французский физик и инженер Ќ. Ћ. —.  арно (1796 Ч 1832) показал, что дл€ работы теплового двигател€ необ≠ходимо не менее двух источников теплоты с различными температурами, иначе это противоречило бы второму началу термодинамики.

ƒвигатель второго рода, будь он возможен, был бы практически вечным. ќхлаждение, например, воды океанов на 1∞ дало бы огромную энергию. ћасса воды в ћировом океане составл€ет примерно 1018 т, при охлаждении которой на 1∞ выделилось бы примерно 1024 ƒж теплоты, что эквивалентно полному сжиганию 1014 т угл€. ∆елезнодорожный состав, нагруженный этим количеством угл€, раст€нулс€ бы на рассто€ние 1010км, что приблизительно совпадает с размерами —олнечной системы!

ѕроцесс, обратный происход€щему в тепловом двигателе, используетс€ в холо≠дильной машине, принцип действи€ которой представлен на рис. 86. —истемой за цикл от термостата с более низкой температурой 2 отнимаетс€ количество теплоты Q 2 и от≠даетс€ термостату с более высокой температурой 1 количество теплоты Q 1. ƒл€ кругового процесса, согласно (56.1), Q=A, но, по условию, Q = Q 2 Ц Q 1< 0, поэтому ј< 0 и Q 2 Ц Q 1= Цј, или Q 1 = Q 2 + A, т. е. количество теплоты Q 1, отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре T 1 больше количества теплоты Q 2, полученного от источника теплоты при более низкой температуре T 2, на величину работы, совершенной над системой. —ледовательно, без совершени€ работы нельз€ отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому. Ёто утверждение есть не что иное, как второе начало термодинамики в формулировке  лаузиуса.

ќднако второе начало термодинамики не следует представл€ть так, что оно совсем запрещает переход теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. ¬едь именно такой переход осуществл€етс€ в холодильной машине. Ќо при этом надо помнить, что внешние силы совершают работу над системой, т. е. этот переход не €вл€етс€ единст≠венным результатом процесса.

ќсновыва€сь на втором начале термодинамики,  арно вывел теорему, нос€щую теперь его им€: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих оди≠наковые температуры нагревателей (T 1) и холодильников (T 2), наибольшим к. п. д. обладают обратимые машины; при этом к. п. д. обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (T 1) и холодильников (T 2), равны друг другу и не завис€т от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегос€ энергией с другими телами), а определ€ютс€ только температурами нагревател€ и холодильника.

 арно теоретически проанализировал обратимый наиболее экономичный цикл, состо€щий из двух изотерм и двух адиабат. ≈го называют циклом  арно. –ассмотрим пр€мой цикл  арно, в котором в качестве рабочего тела используетс€ идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

÷икл  арно изображен на рис. 87, где изотермические расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1 Ч 2 и 3Ч4, а адиабатические расширение и сжатие Ч кривы≠ми 2 Ч 3 и 4Ч1. ѕри изотермическом процессе U= const, поэтому, согласно (54.4), количество теплоты Q 1, полученное газом от нагревател€, равно работе расширени€ ј 12, совершаемой газом при переходе из состо€ни€ 1 в состо€ние 2:

(59.1)

ѕри адиабатическом расширении 2 Ч 3 теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширени€ ј 23 совершаетс€ за счет изменени€ внутренней энергии (см. (55.1) и (55.8)):

 оличество теплоты Q 2, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжати€ ј 34:

(59.2)

–абота адиабатического сжати€

–абота, совершаема€ в результате кругового процесса,

и, как можно показать, определ€етс€ площадью, заштрихованной на рис. 87. “ермический к. п. д. цикла  арно, согласно (56.2),

ѕрименив уравнение (55.5) дл€ адиабат 2 Ч 3 и 4Ч1, получим

откуда

(59.3)

ѕодставл€€ (59.1) и (59.2) в формулу (56.2) и учитыва€ (59.3), получаем

(59.4)

т. е. дл€ цикла  арно к. п. д. действительно определ€етс€ только температурами нагревател€ и холодильника. ƒл€ его повышени€ необходимо увеличивать разность температур нагревател€ и холодильника.

ќбратный цикл  арно положен в основу действи€ тепловых насосов. ¬ отличие от холодильных машин тепловые насосы должны как можно больше тепловой энергии отдавать гор€чему телу, например системе отоплени€. „асть этой энергии отбираетс€ от окружающей среды с более низкой температурой, а часть Ч получаетс€ за счет механической работы, производимой, например, компрессором.

“еорема  арно послужила основанием дл€ установлени€ термодинамической шка≠лы температур. —равнив левую и правую части формулы (59.4), получим

(59.5)

т. е. дл€ сравнени€ температур 1 и T 2 двух тел необходимо осуществить обратимый цикл  арно, в котором одно тело используетс€ в качестве нагревател€, другое Ч холо≠дильника. »з равенства (59.5) видно, что отношение температур тел равно отношению отданного в этом цикле количества теплоты к полученному. —огласно теореме  арно, химический состав рабочего тела не вли€ет на результаты сравнени€ температур, поэтому така€ термодинамическа€ шкала не св€зана со свойствами какого-то опреде≠ленного термометрического тела. ќтметим, что практически таким образом сравни≠вать температуры трудно, так как реальные термодинамические процессы, как ухе указывалось, €вл€ютс€ необратимыми.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-11-23; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 499 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

80% успеха - это по€витьс€ в нужном месте в нужное врем€. © ¬уди јллен
==> читать все изречени€...

2062 - | 1936 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.012 с.