Чт. Апр 18th, 2024

Преобразование теплоты в работу возможно только при условии передачи части теплоты холодному источнику. В 1850 году Клаузиус предложил формулировку второго начала термодинамики: Теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более нагретому.

Формулировка В. Томсона (лорда Кельвина) звучит так: Невозможен процесс, единственный результат которого состоял бы в поглощении теплоты от нагревателя и полного преобразования этой теплоты в работу.

С этой формулировкой перекликается предлагаемая М. Планком: Невозможно построить действующую машину, все действие которой сводилось бы к поднятию груза и охлаждению теплового источника.

Суть этих высказываний сводится к необходимости иметь два источника теплоты – горячий и холодный, потому что для получения работы в замкнутом цикле необходимо не только подвести, но и отвести теплоту.

Резюмируя можно отметить, что для непрерывного действия теплового двигателя (или холодильной машины) необходимо на одном участке цикла теплоту к рабочему телу подводить, а на другом – отводить. Простейший обратимый цикл, для осуществления которого необходимо рабочее тело и два источника теплоты (горячего и холодного).

К рабочему телу в т. А (рис. 7.6) от горячего источника подводится теплота, газ расширяется (толкая поршень и производя работу). Процесс A-B – изотермический, поэтому что бы не произошло понижение температуры при расширении газа – к нему подводится теплота. В точке B процесс подвода теплоты прекращается, и дальнейшее расширение идет с понижением температуры от значения T1 до значения T2. Этот процесс в силу скоротечности идет без теплообмена (по адиабате), в результате его производится работа за счет внутренней энергии газа. Т. е. газ отдавая свою внутреннюю энергию (снижаются и давление газа, и его температура), трансформирует ее в работу (например толкая поршень или вращая ротор турбины). В точке C процесс расширения оканчивается. После этого газ необходимо сжать за счет приложения внешней работы. В этом процессе от газа отводится теплота к холодному источнику, процесс идет по изотерме, поэтому температура газа не изменяется. В точке D отвод теплоты прекращается, дальнейшее сжатие происходит без теплообмена, процесс D-A идет по адиабате. Работа расширения полученная в цикле – представляет собой площадь под кривой A-B-C в p — v диаграмме. Работа, затраченная на сжатие – площадь под кривой C-D-A. И тогда площадь внутри замкнутой кривой A-B-C-D-A представляет собой полезную работу, полученную в цикле. Известно, что:

1

и

2

3

Рис. 7.6 Цикл Карно а) изображение цикла Карно в Ts-диаграмме; б) изображение цикла Карно в pv-диаграмме.

Подставив в эти формулы значения соотношений объемов из уравнений адиабатных процессов получим выражение:

4

Анализируя выражение (7.23) можно увидеть, что в идеальном цикле Карно значение термического КПД не может достигнуть единицы, так как температура T1≠∞, а температура T2≠0 К.

Ни один реальный цикл не может достичь термического КПД равного h цикла Карно. Цикл Карно служит эталоном, с которым сравнивают реальные циклы. Анализируя цикл Карно, можно также сделать вывод, что h цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела, а только от температур горячего и холодного источников. Очевидно, что h повышается при увеличении температуры горячего источника T1 или при уменьшении температуры холодного источника T2. Эта закономерность справедлива для всех циклов тепловых двигателей.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *