ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Тепловые машины. Цикл Карно.Тепловым двигателем называют машины, пеобразующие внутреннюю энегргию топлива в механическую. Для работы теплового двигателя необходимо наличие двух тел с различными температурами. Они называются нагреватель и холодильник. Кроме того, необходимо рабочее тело (пар или газ). В процессе работы рабочее тело забирает у нагревателя некоторое количество теплоты Q1 и превращает часть его в механическую энергию A путем расширения, а непревращенную часть теплоты Q2 передает холодильнику. При этом система возвращается в исходное состояние. По закону сохранения и превращения энергии A = Q1 – Q2 Второе начало термодинамики (формулировка Планка): невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу. Коэффициент полезного действия теплового двигателя
Цикл Карно (цикл идеальной тепловой машины): V. Идеальная тепловая машина. Цикл Карно. Во всех реальных тепловых машинах происходят те или иные потери энергии.
(1) – контакт рабочего тела с нагревателем (1-2) – изотермическое расширение, от нагревателя отбирается тепло Q (2) – прекращение контакта рабочего тела с нагревателем (2-3) – адиабатическое расширение. U уменьшается и температура понижается TX < TH (3) – контакт с холодильником (ТХ) (3-4) – изотермическое сжатие. Тепло отбирается холодильником от рабочего тела (4) – прекращение контакта с холодильником (4-1) – адиабатическое сжатие, U увеличивается и температура повышается до Тисх
Цикл Карно обратим так как все его составные части являются равновесными процессами. КПД цикла Карно: Примеры реальных циклов: 1. Цикл Отто (сгорание при V = const)
1-2 – адиабатическое сжатие 2-3 – изохорное нагревание 3-4 – адиабатическое расширение 4-1– изохорное охлаждение
, где γ – показатель адиабаты; – степень сжатия; 2. Цикл Дизеля (сгорание при Р = const)
1-2 – адиабатическое сжатие 2-3 – изобарное нагревание 3-4 – адиабатическое расширение 4-1 – изохорное охлаждение
, где – степень сжатия; – степень предварительного расширения; γ – показатель адиабаты. III. Теорема Клаузиуса. Энтропия. Формулу η идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно: легко привести к виду (1) Отношение количества переданного (полученного) тепла системой к температуре нагревателя (этого процесса) или холодильника (теплоприемника) называется приведенной теплотой. Смысл уравнения (1): приведенные теплоты при процессах изотермического расширения и сжатия одинаковы. Перепишем уравнение (1) в виде: Будем считать, что отдаваемая системой теплота отрицательная, Qx < 0, тогда можем записать: (2) Алгебраическая сумма приведенных теплот для обратимого цикла Карно равна нулю. Если рассмотреть любой равновесный цикл, то легко показать, что его можно представить как совокупность циклов Карно, т.е.: Теорема Клаузиуса (1854 г.): сумма приведенных теплот не зависит от пути перехода. Согласно уравнения (2) для каждого элементарного процесса , а в пределе для любого обратимого цикла: (3) В случае необратимой тепловой машины (реальные тепловые машины), как показано в разделе II: , или (4) Можно показать . Объединяя (3) и (4) имеем: – равенство (неравенство) Клаузиуса (5) справедливо для любого кругового процесса.
энтропия. Как и внутренняя энергия, энтропия есть функция параметров системы P, V, и Т: S = S(P,V,T) S имеет размерность теплоемкости.
dQ = TdS. Согласно определения энтропии, имеем для обратимого процесса: , (7) т.е. приращение энтропии равно элементарному количеству тепла, полученному системой, к температуре, при которой тепло получается. Для обратимого кругового процесса ∆S = 0. Легко показать, что для необратимого процесса Для необратимого кругового процесса ∆S > 0. Для произвольного процесса имеем: ∆S ≥ 0 (8)
Энтропия – греческое слово «энтропос» – поворот, возвращение. Следствие: а) энтропия изолированной системы при обратимых процессах не изменяется (∆S = 0) б) энтропия изолированной системы при необратимых процессах возрастает (∆S > 0) в) все реальные процессы необратимы, энтропия их возрастает. Возрастание энтропии определяет направление процесса (в сторону возрастания). Второй закон термодинамики (ещё одна формулировка).
Естественные процессы направлены к состоянию равновесия. А т.к. при этом энтропия увеличивается, то устойчивому равновесию изолированной системы соответствует максимальное значение энтропии. Согласно уравнения (8), если система не изолирована (обмен теплом с внешней средой), то энтропия может вести себя любым образом (возрастать при получении тепла и убывать при отдаче). V. Энтропия и вероятность. Философское значение второго закона термодинамики. Процессы, изучаемые термодинамикой, рассматриваются и статистической физикой. Это рассмотрение приводит к другим результатам, чем те, к которым приходит термодинамика.
Связь S с вероятностью w установлена Больцманом
Формулировка Клаузиуса второго закона термодинамики:
Однако, как показано ранее, законы термодинамики нельзя применять к микромиру, так нельзя их обобщать и для явлений вселенной. Такое обобщение привело к представлению о так называемой «тепловой смерти» вселенной. Суть «тепловой смерти»: во всех частях Вселенной любые процессы сопровождаются тем, что некоторое количество энергии различных видов превращается в теплоту, а теплота переходит от нагретых тел к холодным, т.е. происходит выравнивание температур, а следовательно развитие природы ведет к прекращению развития: все виды энергии превращаются в теплоту и в ней находят свою смерть.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|