Обратимые и необратимые тепловые процессы. Круговой процесс (цикл).

1Обратимые и необратимые тепловые процессы.

Необратимый процесс - это процесс, который нельзя провести в обратном направлении без тех или иных изменений либо в самой системе, либо во внешних телах. Примером необратимого процесса является передача теплоты от нагретого тела к холодному. Необратим любой процесс, если он сопровождается трением, расширением газа в вакуум. Чтобы получить непрерывно действующую тепловую машину необходимо иметь нагреватель (тело с более высокой температурой Т₁), и холодильник (тело с более низкой температурой Т₂), причем температура нагревателя и холодильника в процессе работы теплового двигателя остаются постоянными (рис. 6.2.).

При наличии таких двух тел процесс превращения тепла в работу может быть представлен так: способное расширяться рабочее тело приводится в контакт с нагревателем. Полученная от нагревателя теплота затрачивается на работу расширения А₁. Далее рабочее тело приводится в контакт с холодильником, которому оно отдает теплоту за счет работы А₂, совершаемой внешними силами над рабочим телом.

Не все полученное извне тепло превращается в работу. КПД

Рис. 6.2 тепловой машины

. (6.21)

Если бы машина работала без холодильника (), то , т.е. все полученное тепло превращалось бы в работу. Но это невозможно согласно II началу термодинамики: невозможен такой двигатель, который бы все полученное тепло превращал в работу. Или: невозможны такие процессы, единственным, конечным результатом которых был бы переход тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому. Обе формулировки эквивалентны. Цикл Карно. Работа Карно была вызвана необходимостью применения тепловых машин на практике. С помощью цикла Карно (рис 6.3) было найдено выражение для максимально возможного кпд тепловой машины, работающей в заданном интервале температур.

Коэффициент полезного действия цикла Карно

. (6.22)

Или

.

Следовательно, при . Так как абсолютный нуль не достижим, то (всегда). Тепловая машина Карно – идеальная машина. Все процессы в ней проводились медленно, а значит, обратимо. Не приводились в контакт тела, имеющие разные температуры, поэтому не было необратимых потерь энергии на теплопроводность. Реальные машины, работе которых сопутствуют необратимые потери энергии, имеют еще меньший . Следовательно,

(6.23)

На основании вышеизложенного формулируется теорема Карно,которая содержит три положения:

1) цикла Карно зависит только от температуры нагревателя и холодильника;

2) не зависит от рабочего тела (для идеального газа легче считать , т. к. для него известно уравнение состояния);

3) машины, работающие по обратимому циклу экономичнее машин, работающих по необратимому циклу .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: