Ізотермічний термодинамічний процес

1. Процес зміни стану робочого тіла без зміни його температури називається ізотермічним процесом. Такий процес може виникнути в циліндрі машини, якщо теплота, що підводиться, витрачається на зміну внутрішньої енергії, а не на переміщення поршня, таким чином, щоб температура робочого тіла лишалась сталою.
2. Умови перебігу процесу
3. Рівняння процесу
4. 
   Зображення процесу в PV i TS-координатах

 

1. Зміна внутрішньої енергії в ізотермічному процесі дорівнює нулю

1. Зовнішню корисну роботу і роботу затрачену із зовні підраховують за наступними загальними формулами

1. Зміна ентальпії дорівнює нулю

1. Кількість підведеної теплоти в процесі не витрачається на зміну температури робочого тіла, тому через теплоємність рівна нулю

1. Аналітичний вираз першого закону термодинаміки матиме вигляд

1. Розподіл між видами енергій у даному процесі є наступним.

Доля теплоти, що йде на зміну внутрішньої енергії дорівнює нулю

Доля теплоти на використання зовнішньої корисної роботи рівна одиниці

Оскільки вся підведена теплота в цьому процесі йде на виконання зовнішньої корисної роботи,—реальні робочі процеси теплових машин необхідно наближати до ідеальних ізотермічних.

 

Адіабатний ізотермічний процес

1. Адіабатний термодинамічний процес—зміна стану робочого тіла без його теплообміну з оточуючим середовищем. Обмін енергії з оточуючим середовищем відбувається лише у формі роботи.

2. Умови перебігу процесу

3. Рівняння процесу

де показник адіабати.

4.
Графічне зображення процесу в PV i TS-координатах

 

5. Зміну внутрішньої енергії в адіабатному процесі підраховують за наступною формулою

6. Зовнішню корисну роботу і роботу затрачену із зовні підраховують за наступними формулами

7. Кількість підведеної або відведеної теплоти рівна нулю

8. Зміна ентальпії в процесі підраховується по загальній формулі

9. Аналітичний вираз першого закону термодинаміки матиме вигляд

10. Розподіл між видами енергій в адіабатному процесі відбувається лише між внутрішньою енергією та роботою

 

Політропний термодинамічний процес

1. Процес зміни стану робочого тіла при сталій теплоємності називають політропним. Цей процес є узагальнюючим процесом для попередніх чотирьох і при конкретних умовах може бути або ізобарним, або ізохорним, або ізотермічним, або адіабатним.

2. Умови перебігу процесу

3. Рівняння політропного процесу

де показник політропі

де теплоємність робочого тіла в даному політ ропному процесі, Дж/(кг·К);

відповідно ізобарна і ізохорна теплоємності даного робочого тіла Дж/(кг·К).

4.
Графік зображення політропного процесу лежить в межах між лініями сталих температури, тиску, об’єму та ентропії.

 

 

5. Зміну внутрішньої енергії в політропному процесі підраховують за загальною формулою

6. Зовнішню корисну роботу і роботу підведену із зовні підраховують за формулою

7. Зміну ентальпії підраховують за формулою

8. Кількість підведеної або відведеної теплоти підраховують за формулою

9. Аналітичний вираз першого закону термодинаміки має такий загальний вигляд:

10. Розподіл між видами енергій в політ ропному процесі є наступним.

Доля теплоти, що йде на зміну внутрішньої енергії

Доля теплоти, що йде на виконання зовнішньої корисної роботи

 

Другий закон термодинаміки

Якщо предметом дослідження першим законом термодинаміки є термодинамічний процес, то предметом дослідження другим законом термодинаміки є термодинамічний цикл.

Перший закон термодинаміки встановлює кількісні співвідношення між теплотою, внутрішньою енергією та роботою, то другий — напрямок перебігу циклу або якісний розподіл між видами енергій. Другій закон як і перший має ряд визначень.

1. Довільно, сама собою теплота не передається від тіл з вищою температурою до тіл з нижчою, тобто передача теплоти здійснюється до досягнення рівності температур.

2. Перетворення теплоти в корисну роботу в теплових машинах відбувається лише при переході теплоти від нагрітого тіла до холодного.

3. Неможлива робота вічного двигуна другого роду, в якому вся теплота від верхнього джерела теплоти перетворювалась би в зовнішню корисну роботу, частина теплоти обов’язково передається нижньому джерелу теплоти.

4. Неможливий цикл, для якого теплота самостійно переходила б від холодних до нагрітих тіл (термотрансформатори). Для здійснення цього циклу необхідно затратити або підвести енергію із зовні.

Отже, в результаті здійснення прямого циклу отримується зовнішня корисна робота. Цикл протікає і зображається за годинниковою стрілкою. Цикл для здійснення якого необхідно затратити роботу із ззовні—називається оберненим, зображається і протікає проти годинникової стрілки. За прямим циклом працюють усі теплові машини, за оберненим—термотрансформатори (холодильні машини, теплові насоси) і компресори.

На основі другого закону термодинаміки формулюється термодинамічний аналіз циклів машин, тобто ефективність перетворення теплоти в роботу. Основною частиною аналізу є поняття термічного коефіцієнта корисної дії і холодильного коефіцієнта. Аналітичним виразом другого закону термодинаміки є:

де знак „=” для ідеальних циклів, а знак „<” для реальних. Цей інтеграл в термодинаміці відомий як інтеграл Клаузіуса.