Второй закон термодинамики, понятие о циклах и энтропии газа

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Второй закон термодинамики, понятие о циклах и энтропии газа

Содержание

2. 2. КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС Круговым процессом (циклом) называется процесс, в результате которого система после ряда изменений возвращается
4. В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается в виде замкнутых кривых. Это связано
5. Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы: расширения (1 – 2) сжатия (2 – 1)
6. Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым Если
7. Прямой цикл Обратный цикл
8. Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин: двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, паровых
9. Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Однако в результате кругового процесса система
10. Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса Все термодинамические процессы, в том числе и круговые, делят
11. Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после окончания процесса он может быть проведен
12. Пример обратимого процесса в механике Падение упругого шарика на идеальную упругую плиту Прямой процесс Обратный процесс
13. Но при сжатии и расширении газа Быстро вдвигая и выдвигая поршень, получают распространение изменения давления в
14. Процесс называется необратимым, если он протекает так, что после его окончания систему нельзя вернуть в начальное
15. Свойством обратимости обладают только равновесные процессы. Каждое промежуточное состояние является состоянием термодинамического равновесия, нечувствительного к тому,
16. При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между системой и средой. Поэтому, производя
17. Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется некоторая необратимость процесса,обусловленная, например, несовершенством теплоизоляции,
18. Максимальным КПД обладают машины у которых только обратимые процессы. Реальные процессы сопровожда-ются диссипацией энергии (из-за трения,
19. - многие процессы в природе и технике практически обратимы; - обратимые процессы являются наиболее экономичными и
20. 2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭНТРОПИИ Энтропия – функция состояния термодинамической системы. Количественно изменение энтропии равно приведённой теплоте
21. Тогда Применяя первое начало термодинамики, получим Таким образом, можно вычислить изменение энтропии для различных процессов.
22. Для адиабатного процесса dS = 0, то есть S = const. Поэтому адиабатный процесс является изоэнтропийным.
23. W – термодинамическая вероятность данного состояния системы. Это - число различных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, иначе
24. 3. Второй закон термодинамики
25. Второе начало термодинамики Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты от тела холодного к
26. 4. Цикл Карно и его термодинамическое значение
27. Тепловые машины Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла.
28. Принцип действия тепловых двигателей
29. Реактивный двигатель
32. КПД тепловых двигателей
33. КПД тепловых двигателей
34. КПД тепловых двигателей
35. КПД тепловых двигателей
36. КПД тепловых двигателей
37. КПД тепловых двигателей
38. КПД тепловых двигателей
39. Идеальная тепловая машина Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2 обладает тепловой двигатель,
40. Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е. возвращается в исходное состояние.
41. Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен быть произведен с наименьшими затратами. Полезная
43. Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется круговой процесс, то вернуться в исходное состояние можно
44. Прямой цикл используется в тепловом двигателе – периодически действующей тепловой машине, совершающей работу за счет полученной
45. От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а
46. Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних
47. Цикл Карно (обратимый)
48. Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) – французский физик и инженер, один из создателей термодинамики.
49. Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя:
50. ТЕОРЕМА КАРНО Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим КПД
51. Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и
52. Рассмотрим круговой процесс, при котором тепло можно превратить в работу, притом, наилучшим образом, т.е. чтобы работа
53. Напомню, что тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет, получаемого извне тепла и
54. Работа и КПД цикла Карно
55. Рассмотрим процесс сначала качественно. Начнем процесс из т. А. Газ сжат до давления Р0 и находится
56. В изотермическом процессе dU = 0, значит все тепло перейдет в работу: Итак, на участке АВ
57. Процесс А-В. Положитель-ная работа, совершенная газом при изотермическом расширении газа от V0 до V1
58. Полученное рабочим телом тепло нужно передать холодильнику. Но если просто привести его к соприкосновению с холодильником,
59. Процесс В-С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения
60. Давление в процессе В-С уменьшается до Р2, температура падает до Т2 Полученная работа на стадии В-С:
61. Адиабатическим расширением ВС заканчивается первая половина цикла – совершение полезной работы. Возвращение в т. А опять
62. Затем тело изолируют от холодильника, адиабатно сжимают (DА), при этом температура его повышается до Т1 Почему
63. Процесс C-D -изотермическое сжатие На третьем этапе газ изотермически сжимается V2 до V3 отдавая теплоту Теплота
64. Процесс D-А – адиабатическое сжатие. Работа сжатия на последнем этапе Д-А: тогда общая работа цикла: А
65. А = А1 + А2 + А3 + А4 А Полезная работа равна площади ограниченной кривой
66. Значит работа совершаемая газом больше работы внешних сил. Полезная работа равна площади ограниченной кривой АВСDА. А
67. Как видим, на всех стадиях кругового процесса нигде не допускается соприкосновенность тел с разной температурой, т.е.
68. Итак, полезная работа КПД η равен: Из равенств следует:
70. Видно, что η
71. Необратимый цикл Предположим для простоты, что необратимость цикла обусловлена тем, что теплообмен между рабочим телом и
72. Любой процесс, не удовлетворяющий условию обратимости, мы называем необратимым процессом. Примером необратимого процесса является процесс торможения
73. Для продолжения движения необходим компенсирующий процесс охлаждения тела и среды. И так, в случае тепловых машин,
74. Как видно, площадь под кривой, а значит и полезная работа уменьшилась! А
75. КПД для обратимого цикла Карно: Для необратимого цикла Всегда – этот вывод справедлив независимо от причин
76. Формулировка второго начала термодинамики В изолированной системе все процессы протекают так, что энтропия не убывает. То
77. Второе начало термодинамики – закон возрастания энтропии В замкнутой системе энтропия S при любом реальном процессе
78. 5.Понятие о TS-диаграмме
80. Скачать презентацию

Слайд 2

2. КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС
Круговым процессом (циклом) называется процесс, в результате которого

система после ряда изменений возвращается в исходное состояние.
Изменение внутренней энергии за цикл равно нулю .

Слайд 3

Слайд 4

В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается в

виде замкнутых кривых. Это связано с тем, что в любой диаграмме два тождественных состояния (начало и конец кругового процесса) изображаются одной и той же точкой на плоскости.

Слайд 5

Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы:
расширения (1 –

2)
сжатия (2 – 1) газа

Работа расширения (1a2V2V11) -
положительна (dV >0)
Работа сжатия (2b1V1V22) -
отрицательна (dV < 0).

Работа, совершаемая за цикл, определяется площадью, охватываемой кривой

Слайд 6

Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то

он называется прямым Если за цикл совершается отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрелки), то он называется обратным

Слайд 7

Прямой цикл Обратный цикл

Слайд 8

Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин: двигателей внутреннего

сгорания, паровых и газовых турбин, паровых и холодильных машин и т. д. В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю: dU = 0 Тогда первое начало термодинамики для кругового процесса

Слайд 9

Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты.

Однако в результате кругового процесса система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому Q1 – количество теплоты, полученное системой; Q2 – количество теплоты, отданное системой

Слайд 10

Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса Все термодинамические процессы,

в том числе и круговые, делят на две группы: обратимые и необратимые.

Слайд 11

Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после окончания

процесса он может быть проведен в обратном направлении через все те же промежуточные состояния, что и прямой процесс. После проведения кругового обратимого процесса никаких изменений в среде, окружающей систему, не произойдет. При этом под средой понимается совокупность всех не входящих в систему тел, с которыми система непосредственно взаимодействует.

Слайд 12

Пример обратимого процесса в механике
Падение упругого шарика на идеальную упругую плиту
Прямой

процесс

Обратный процесс

Слайд 13

Но при сжатии и расширении газа
Быстро вдвигая и выдвигая поршень, получают

распространение изменения давления в одном и том же направлении: от поршня!!!
При медленном движении поршня процесс будет обратимым

Слайд 14

Процесс называется необратимым, если он протекает так, что после его

окончания систему нельзя вернуть в начальное состояние через прежние промежуточные состояния. Нельзя осуществить необратимый круговой процесс, чтобы нигде в окружающей среде не осталось никаких изменений.

Слайд 15

Свойством обратимости обладают только равновесные процессы. Каждое промежуточное состояние является состоянием

термодинамического равновесия, нечувствительного к тому, идет ли процесс в прямом или обратном направлении.

Например, обратимым можно считать процесс адиабатического расширения или сжатия газа.

Слайд 16

При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между

системой и средой. Поэтому, производя адиабатическое расширение газа, а затем сжатие, можно вернуть газ в исходное состояние так, что в окружающей среде никаких изменений не произойдет.

Слайд 17

Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется некоторая

необратимость процесса,обусловленная, например, несовершенством теплоизоляции, трением при движении поршня и т.д. Только в обратимых процессах теплота используется по назначению, не расходуется зря. Если процесс неравновесный, то будет необратимый переход, т.е. часть энергии уйдет (необратимо).

Слайд 18

Максимальным КПД обладают машины у которых только обратимые процессы. Реальные процессы

сопровожда-ются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.), которая нами не рассматривается.

Слайд 19

- многие процессы в природе и технике практически обратимы; -

обратимые процессы являются наиболее экономичными и приводят к максимальному значению термического коэффициента полезного действия тепловых двигателей.

Обратимые процессы – это в какой-то степени идеализация реальных процессов. Их рассмотрение важно по двум причинам:

Слайд 20

2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭНТРОПИИ

Энтропия – функция состояния термодинамической системы.

Количественно изменение энтропии равно приведённой теплоте процесса.

Слайд 21

Тогда
Применяя первое начало термодинамики, получим
Таким образом, можно вычислить изменение

энтропии для различных процессов.

Слайд 22

Для адиабатного процесса dS = 0, то есть S =

const. Поэтому адиабатный процесс является изоэнтропийным.
Физический смысл энтропии устанавливается в статистической физике.
Закон Больцмана:

Слайд 23

W – термодинамическая вероятность данного состояния системы.
Это - число

различных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, иначе W называется статистическим весом данного макросостояния
k – постоянная Больцмана

Слайд 24

3. Второй закон термодинамики

Слайд 25

Второе начало термодинамики
Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты

от тела холодного к телу горячему. (Р. Клаузиус, 1850 г.)
Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара (В. Томсон (лорд Кельвин), 1851 г.)
Невозможно построить периодически действующую машину, единственным результатом которой было бы поднятие груза за счёт охлаждения теплового резервуара (Планк)
Невозможен вечный двигатель второго рода (т.е. двигатель, работающий только за счёт охлаждения теплового резервуара).(В. Оствальд)

Слайд 26

4. Цикл Карно и его термодинамическое значение

Слайд 27

Тепловые машины
Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу

за счет получаемого извне тепла.

Слайд 28

Принцип действия тепловых двигателей

Слайд 29

Реактивный двигатель

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

КПД тепловых двигателей

Слайд 33

КПД тепловых двигателей

Слайд 34

КПД тепловых двигателей

Слайд 35

КПД тепловых двигателей

Слайд 36

КПД тепловых двигателей

Слайд 37

КПД тепловых двигателей

Слайд 38

КПД тепловых двигателей

Слайд 39

Идеальная тепловая машина
Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника

T2 обладает тепловой двигатель, где рабочее тело расширяется и сжимается по циклу Карно график которого состоит из двух изотерм и двух адиабат

Сади Карно (1796 – 1832)

Слайд 40

Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е. возвращается

в исходное состояние.

Слайд 41

Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен

быть произведен с наименьшими затратами. Полезная работа равна разности работ расширения и сжатия, т.е. равна площади, ограниченной замкнутой кривой. Обязательными частями тепловой машины являются нагреватель (источник энергии), холодильник, рабочее тело (газ, пар).

Слайд 42

Слайд 43

Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется круговой процесс,

то вернуться в исходное состояние можно с меньшими затратами, если отдать часть тепла. Если охладить пар, то его легче сжать, следовательно, работа сжатия будет меньше работы расширения. Поэтому в тепловых машинах используется холодильник.

Слайд 44

Прямой цикл используется в тепловом двигателе – периодически действующей тепловой машине,

совершающей работу за счет полученной извне теплоты.

Слайд 45

От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл

отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой Т2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2 и совершается работа A: .

Слайд 46

Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в

которых за счет работы внешних сил теплота Q2 от холодного тела переносится к телу с более высокой температурой.

Слайд 47

Цикл Карно (обратимый)

Слайд 48

Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) – французский физик

и инженер, один из создателей термодинамики. Впервые показал, что работу можно получить в случае, когда тепло переходит от нагретого тела к более холодному (второе начало термодинамики). Ввел понятие кругового и обратимого процессов, идеального цикла тепловых машин, заложил тем самым основы их теории. Пришел к понятию механического эквивалента теплоты. В 1824 г. опубликовал сочинение «Размышления о движущей силе огня и о машинах способных развить эту силу».

Слайд 49

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его

имя:

Слайд 50

ТЕОРЕМА КАРНО Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей

и холодильников, наибольшим КПД обладают обратимые машины. Причем КПД обратимых машин, равны друг другу и не зависят от конструкции машины и от природы рабочего вещества. При этом КПД меньше единицы.

Слайд 51

Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс,

состоящий из двух изотерм и двух адиабат

Слайд 52

Рассмотрим круговой процесс, при котором тепло можно превратить в работу, притом,

наилучшим образом, т.е. чтобы работа была максимальна.

Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Определим его КПД.

Слайд 53

Напомню, что тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу за

счет, получаемого извне тепла и имеющего нагреватель, холодильник и рабочее тело. Будем считать, что нагреватель и холодильник имеют бесконечную теплоемкость, т.е. их температуры не изменяются в процессе передачи тепла.

Слайд 54

Работа и КПД цикла Карно

Слайд 55

Рассмотрим процесс сначала качественно. Начнем процесс из т. А. Газ

сжат до давления Р0 и находится в контакте с нагревателем при Т1. Расширение газа при каком процессе даст максимальную работу? Вспомним закон сохранения энергии в термодинамике, или I начало:

Слайд 56

В изотермическом процессе dU = 0, значит все тепло перейдет

в работу: Итак, на участке АВ – изотермическое расширение при температуре Т1 (процесс теплопередачи не происходит, т.к. нет разности температур, не происходит и передача тепла без совершения работы, т.е. процесс обратимый)

Слайд 57

Процесс А-В. Положитель-ная работа, совершенная газом при изотермическом расширении газа

от V0 до V1

Слайд 58

Полученное рабочим телом тепло нужно передать холодильнику. Но если просто

привести его к соприкосновению с холодильником, то произойдет передача тепла без совершения работы.

Нужно сначала рабочее тело охладить до Т2, а затем, уже присоединять к холодильнику. Охлаждение без затрат тепла – это адиабатическое расширение – участок ВС

Слайд 59

Процесс В-С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей

средой отсутствует и работа расширения А2 совершается за счет изменения внутренней энергии. Уравнение адиабаты: где γ – коэффициент Пуассона

Слайд 60

Давление в процессе В-С уменьшается до Р2, температура падает до

Т2 Полученная работа на стадии В-С:

Слайд 61

Адиабатическим расширением ВС заканчивается первая половина цикла – совершение полезной

работы.

Возвращение в т. А опять происходит в два этапа: сначала рабочее тело сжимают не прерывая контакта с холодильником, при этом холодильнику отдается тепло Q2 (изотермическое сжатие СD).

Слайд 62

Затем тело изолируют от холодильника, адиабатно сжимают (DА), при этом

температура его повышается до Т1

Почему рабочее тело нагревается?
При адиабатическом сжатии (ДА) тело нагревается за счет внешней работы, совершенной над ним.

Слайд 63

Процесс C-D -изотермическое сжатие На третьем этапе газ изотермически сжимается V2

до V3 отдавая теплоту Теплота Q2, отданная газом холодильнику при изотермическом сжатии, равна работе сжатия А3 Работа сжатия А3 - это работа совершаемая над газом (отрицательная): где Q2 – тепло, отданное холодильнику.

Слайд 64

Процесс D-А – адиабатическое сжатие. Работа сжатия на последнем этапе

Д-А: тогда общая работа цикла: А = А1 + А2 + А3 + А4

Слайд 65

А = А1 + А2 + А3 + А4
А
Полезная работа

равна площади ограниченной кривой АВСDА.

Слайд 66

Значит работа совершаемая газом больше работы внешних сил.
Полезная работа равна площади

ограниченной кривой АВСDА.

Слайд 67

Как видим, на всех стадиях кругового процесса нигде не допускается соприкосновенность

тел с разной температурой, т.е. нет необратимых процессов теплопроводности. Весь цикл проводится обратимо (бесконечно медленно), значит η-max

Слайд 68

Итак, полезная работа КПД η равен:
Из равенств следует:

Слайд 69

Слайд 70

Видно, что η < 1 зависит от разности температур между

нагревателем и холодильником (и не зависит от конструкции машины и рода рабочего тела). Это ещё одна формулировка теоремы Карно. Цикл Карно, рассмотренный нами, был на всех стадиях проведен так, что не было необратимых процессов, (не было соприкосновения тел с разными температурами). Поэтому здесь самый большой КПД. Больше получить в принципе невозможно.

Слайд 71

Необратимый цикл
Предположим для простоты, что необратимость цикла обусловлена

тем, что теплообмен между рабочим телом и источником теплоты (считаем холодильник тоже «источником», только отрицательной температуры) происходит при конечных разностях температур. Нагреватель и холодильник не идеальны, они не обладают бесконечной теплоемкостью, поэтому нагреватель, отдавая тепло, охлаждается на ΔT, а холодильник нагревается на ΔТ.

Слайд 72

Любой процесс, не удовлетворяющий условию обратимости, мы называем необратимым процессом. Примером необратимого

процесса является процесс торможения тела под действием сил трения. При этом скорость тела уменьшается, и оно останавливается. Энергия механического движения тела расходуется на увеличение энергии хаотического движения частиц тела и окружающей среды. Происходит диссипация энергии.

Слайд 73

Для продолжения движения необходим компенсирующий процесс охлаждения тела и среды. И

так, в случае тепловых машин, нагреватель и холодильник – не идеальны, они не обладают бесконечной теплоёмкостью и в процессе работы получают или отдают добавочную температуру ΔТ.

Слайд 74

Как видно, площадь под кривой, а значит и полезная работа уменьшилась!
А

Слайд 75

КПД для обратимого цикла Карно: Для необратимого цикла Всегда –

этот вывод справедлив независимо от причин необратимости цикла Карно.

Слайд 76

Формулировка второго начала термодинамики
В изолированной системе все процессы протекают так,

что энтропия не убывает.
То есть изолированная система стремится перейти в равновесное состояние, вероятность такого состояния максимальна.

Слайд 77

Второе начало термодинамики – закон возрастания энтропии
В замкнутой системе энтропия S

при любом реальном процессе либо возрастает, либо остаётся неизменной ΔS ≥ 0;
для обратимых процессов. ΔS = 0
В состоянии равновесия S → max энтропия замкнутой системы достигает максимума и никакие макроскопические процессы в такой системе невозможны.

Слайд 78

Второй закон термодинамики, понятие о циклах и энтропии газа

Содержание

2. КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС Круговым процессом (циклом) называется процесс, в результате которого

В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается в

Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы: расширения (1 –

Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то

Прямой цикл Обратный цикл

Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин: двигателей внутреннего

Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты.

Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса Все термодинамические процессы,

Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после окончания

Пример обратимого процесса в механикеПадение упругого шарика на идеальную упругую плитуПрямой

Но при сжатии и расширении газаБыстро вдвигая и выдвигая поршень, получают

Процесс называется необратимым, если он протекает так, что после его

Свойством обратимости обладают только равновесные процессы. Каждое промежуточное состояние является состоянием

При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между

Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется некоторая

Максимальным КПД обладают машины у которых только обратимые процессы. Реальные процессы

- многие процессы в природе и технике практически обратимы; -

2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭНТРОПИИ Энтропия – функция состояния термодинамической системы.

ТогдаПрименяя первое начало термодинамики, получим Таким образом, можно вычислить изменение

Для адиабатного процесса dS = 0, то есть S =

W – термодинамическая вероятность данного состояния системы. Это - число

3. Второй закон термодинамики

Второе начало термодинамикиНевозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты

4. Цикл Карно и его термодинамическое значение

Тепловые машины Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу

Принцип действия тепловых двигателей

Реактивный двигатель

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Идеальная тепловая машинаНаибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника

Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е. возвращается

Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен

Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется круговой процесс,

Прямой цикл используется в тепловом двигателе – периодически действующей тепловой машине,

От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл

Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в

Цикл Карно (обратимый)

Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) – французский физик

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его

ТЕОРЕМА КАРНО Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей

Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс,

Рассмотрим круговой процесс, при котором тепло можно превратить в работу, притом,

Напомню, что тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу за

Работа и КПД цикла Карно

Рассмотрим процесс сначала качественно. Начнем процесс из т. А. Газ

В изотермическом процессе dU = 0, значит все тепло перейдет

Процесс А-В. Положитель-ная работа, совершенная газом при изотермическом расширении газа

Полученное рабочим телом тепло нужно передать холодильнику. Но если просто

Процесс В-С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей

Давление в процессе В-С уменьшается до Р2, температура падает до

Адиабатическим расширением ВС заканчивается первая половина цикла – совершение полезной

Затем тело изолируют от холодильника, адиабатно сжимают (DА), при этом

Процесс C-D -изотермическое сжатие На третьем этапе газ изотермически сжимается V2

Процесс D-А – адиабатическое сжатие. Работа сжатия на последнем этапе

А = А1 + А2 + А3 + А4А Полезная работа

Значит работа совершаемая газом больше работы внешних сил.Полезная работа равна площади

Как видим, на всех стадиях кругового процесса нигде не допускается соприкосновенность

Итак, полезная работа КПД η равен: Из равенств следует:

Видно, что η < 1 зависит от разности температур между

Необратимый цикл Предположим для простоты, что необратимость цикла обусловлена

Любой процесс, не удовлетворяющий условию обратимости, мы называем необратимым процессом. Примером необратимого

Для продолжения движения необходим компенсирующий процесс охлаждения тела и среды. И

Как видно, площадь под кривой, а значит и полезная работа уменьшилась!А

КПД для обратимого цикла Карно: Для необратимого цикла Всегда –

2. КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС
Круговым процессом (циклом) называется процесс, в результате которого

Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы:
расширения (1 –

Пример обратимого процесса в механике
Падение упругого шарика на идеальную упругую плиту
Прямой

Но при сжатии и расширении газа
Быстро вдвигая и выдвигая поршень, получают

2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭНТРОПИИ

Энтропия – функция состояния термодинамической системы.

Тогда
Применяя первое начало термодинамики, получим
Таким образом, можно вычислить изменение

W – термодинамическая вероятность данного состояния системы.
Это - число

Второе начало термодинамики
Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты

Тепловые машины
Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу

Идеальная тепловая машина
Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника

А = А1 + А2 + А3 + А4
А
Полезная работа

Значит работа совершаемая газом больше работы внешних сил.
Полезная работа равна площади

Итак, полезная работа КПД η равен:
Из равенств следует:

Необратимый цикл
Предположим для простоты, что необратимость цикла обусловлена

Как видно, площадь под кривой, а значит и полезная работа уменьшилась!
А