Обратным циклом называется цикл, в котором работа расширения меньше работы сжатия

Цикл является обратимым, если он состоит только из обратимых термодинамических процессов. Процесс называется обратимым, если его можно провести сначала в прямом, а затем в обратном направлении и так, что ни в системе, ни в окружающей среде не останется никаких изменений. Состояние равновесия – особое состояние термодинамической системы, в которое она переходит в результате обратимого или необратимого процессов и может оставаться в нем бесконечно долго. Реальные процессы могут приближаться к обратимым, но для этого они должны совершаться медленно.

Процесс называется необратимым, если он сопровождается рассеянием энергии, т. е. равномерным распределением между всеми телами системы в результате процесса теплопередачи.величина работы – отрицательная величина

Энтропия является мерой неупорядоченности системы многих частиц. Чем выше степень беспорядка в координатах и скоростях частиц системы, тем больше вероятность того, что система будет находиться в состоянии беспорядка.

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики - один из основных законов термодинамики, устанавливающий необратимость макроскопических процессов, протекающих с конечной скоростью. Исторически второе начало термодинамики возникло из анализа работы тепловых

Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД.

Тепловые двигатели и холодильные машины.

Из второго начала термодинамики по Кельвину следует невозможность вечного двигателя второго рода, т. е. периодически действующего двигателя, совершающегоработу за счет охлаждения одного источника теплоты.

При работе теплового двигателя от термостата (термодинамической системы,

способной обмениваться теплотой с телами без изменения температуры) с высокой температурой

— нагревателя — рабочее тело отбирает за цикл теплоту Q1, а термостату с низкой температурой

— холодильнику — отдает теплоту Q2, совершая при этом работу A=Q1-Q2.

Для обеспечения единичного КПД необходимо выполнение условия Q2=0, т. е. тепловой двигатель должен иметь один источник.

Французский физик и инженер Н.Л.С. Карно показал, что для работы теплового двигателя необходимо не менее двух источников с разными температурами.

 

Цикл Карно

В термодинамике цикл Карно́ или процесс Карно — это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов^[1].

Описание цикла Карно

Цикл Карно в координатах T—S

Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой , холодильника с температурой и рабочего тела.

Цикл Карно состоит из четырёх обратимых стадий, две из которых осуществляются при постоянной температуре (изотермически), а две — при постоянной энтропии (адиабатически). Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T (температура) и S (энтропия).

1. Изотермическое расширение (на рис. 1 — процесс A→Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты . При этом объём рабочего тела увеличивается, оно совершает механическую работу, а его энтропия возрастает.

2. Адиабатическое расширение (на рис. 1 — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом температура тела уменьшается до температуры холодильника , тело совершает механическую работу, а энтропия остаётся постоянной.

3. Изотермическое сжатие (на рис. 1 — процесс В→Г). Рабочее тело, имеющее температуру , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься под действием внешней силы, отдавая холодильнику количество теплоты . Над телом совершается работа, его энтропия уменьшается.

4. Адиабатическое сжатие (на рис. 1 — процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается под действием внешней силы без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя, над телом совершается работа, его энтропия остаётся постоянной.

Кпд тепловой машины Карно

Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно

.

Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдаёт холодильнику

.

Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

.