|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Цикл Карно и его к.п.д
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 Т 1 - нагревателя, за цикл отнимается количество теплоты Q 1, а термостату с температурой Т 2 (Т 2 < Т 1) -холодильнику, за цикл передается количество теплоты Q 2, при этом совершается работа А = Q 1 - Q 2 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 А 1-2 > 0, т.к. V 2 > V 1, работа сжатия отрицательна А 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1. 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 = Δ U + A = A, т. е. работа, совершаемая за цикл равна количеству полученной извне теплоты, но Q = Q 1 - Q 2 Q 1 - количество теплоты, полученное системой, Q 2 - 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 Q 2 = 0, т.е. тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты Q 1, но это противоречит второму началу т/д. Процесс обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине. От термостата с температурой Т 2 отнимается количество теплоты Q 2 и передается термостату с температурой T 1, количество теплоты Q 1. Q = Q 2 - Q 1 < 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 (Т 1) и холодильников (Т 2), наибольшим к.п.д. обладают обратимые машины. К.П.Д. обратимых машин при равных Т 1 и Т 2 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 Т 1 нагревателя; к газу подводится теплота Q 1 и совершается работа 2-3 – адиабат. расширение, газ совершает работу A 2-3>0 над внешними телами. 3-4-изотермическое сжатие при Т 2 холодильника; отбирается теплота Q 2 и совершается работа ; 4-1-адиабатическое сжатие, над газом совершается работа A4-1<0 внешними телами. При изотермическом процессе U = const, поэтому Q 1 = A 12 1 При адиабатическом расширении Q 2-3 = 0, и работа газа A 23 совершается за счет внутренней энергии A23 = - U Количество теплоты Q 2, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии равно работе сжатия А 3-4 2 Работа адиабатического сжатия Работа, совершаемая в результате кругового процесса A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2 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 Т 1 - Т 2. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |