ТОП 10:

Принцип Томсона. Цикл Карно и его КПД, работа за цикл. Ход цикла Карно в термодинамической диаграмме.



Ппринцип Томпсона: Процесс, при котором работа переходит в тепло без каких-либо других изменений состояния системы, является необратимым; иначе говоря, невозможно преобразовать в работу все количество тепла, взятое от тела с однородной температурой, не производя никаких других изменений состояния системы.

Из формулировки второго начала т/д по Кельвину следует, что вечный двигатель второго рода невозможен. (Вечный двигатель – это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет охлаждения одного источника теплоты.)

Термостат – это т/д система, которая может обмениваться теплотой с телами без изменения температуры.

Принцип действия теплового двигателя: от термостата с температурой Т1 - нагревателя, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с температурой Т2 (Т2 < Т1) -холодильнику, за цикл передается количество теплоты Q2, при этом совершается работа А = Q1 - Q2

Круговым процессом или циклом называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме состояний цикл изображается замкнутой кривой. Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (1-2) и сжатия (2-1), работа расширения положительна А1-2 > 0, т.к. V2 > V1, работа сжатия отрицательна А1-2 < 0, т.к. V2 < V1. Следовательно, работа совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой 1-2-1. Если за цикл совершается положительная работа (цикл по часовой стрелке), то цикл называется прямым, если - обратный цикл (цикл происходит в направлении против часовой стрелки).

Прямой цикл используется в тепловых двигателях - периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах - периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой.

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии равно нулю. Тогда І начало т/д для кругового процесса

Q = ΔU + A = A,

т. е. работа, совершаемая за цикл равна количеству полученной извне теплоты, но

Q = Q1 - Q2

Q1 - количество теплоты, полученное системой,

Q2 - количество теплоты, отданное системой.

Термический к.п.д. для кругового процесса равен отношению работы, совершенной системой, к количеству теплоты, подведенному к системе:

 

Чтобы η = 1, должно выполняться условие Q2 = 0, т.е. тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты Q1, но это противоречит второму началу т/д.

Процесс обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине.

От термостата с температурой Т2 отнимается количество теплоты Q2 и передается термостату с температурой T1, количество теплоты Q1.

Q = Q2 - Q1 < 0, следовательно A < 0.

Без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому.

 

Основываясь на втором начале т/д, Карно вывел теорему.

Теорема Карно: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т1) и холодильников (Т2), наибольшим к.п.д. обладают обратимые машины. К.П.Д. обратимых машин при равных Т1 и Т2 равны и не зависят от природы рабочего тела.

Рабочее тело – тело, совершающее круговой процесс и обменивающиеся энергией с другими телами.

Цикл Карно – обратимый наиболее экономичный цикл, состоящий из 2-х изотерм и 2-х адиабат.

1-2-изотермическое расширения при Т1 нагревателя; к газу подводится теплота Q1 и совершается работа

2-3 – адиабат. расширение, газ совершает работу A2-3>0 над внешними телами.

3-4-изотермическое сжатие при Т2 холодильника; отбирается теплота Q2 и совершается работа ;

4-1-адиабатическое сжатие, над газом совершается работа A4-1<0 внешними телами.

При изотермическом процессе U = const, поэтому Q1 = A12

1

При адиабатическом расширении Q2-3 = 0, и работа газа A23 совершается за счет внутренней энергии A23 = -U

Количество теплоты Q2, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии равно работе сжатия А3-4

2

Работа адиабатического сжатия

Работа, совершаемая в результате кругового процесса

A = A12 + A23 + A34 + A41 = Q1 + A23 - Q2 - A23 = Q1 - Q2

и равна площади кривой 1-2-3-4-1.

Термический к.п.д. цикла Карно

Из уравнения адиабаты для процессов 2-3 и 3-4 получим

Тогда

т.е. к.п.д. цикла Карно определяется только температурами нагревателя и холодильника. Для увеличения к.п.д. нужно увеличивать разность Т1 - Т2.







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-06; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.200.222.93 (0.004 с.)