Прямой и обратный обратимые циклы.

Й закон термодинамики.

Устанавливает условия и направленность протекания процесса (качественная сторона), т.е. такие условия при которых возможно превращение теплоты в работу. Существует ряд формулировок 2-го закона:

1. Формулировка Оствальда:

Работа может быть полностью превращена в теплоту (например: трением или соударением) без каких либо условий и компенсаций. Обратный же процесс требует создания определенных условий.

2. Формулировка Оствальда:

Не вся теплота может быть превращена в работу. Часть теплоты должна быть отдана теплоприемнику, для этого необходимо иметь источник теплоты с высокой температурой.

3. Формулировка Томпсона:

Построить вечный двигатель, который превращал бы всю теплоту в работу только лишь за счет внутренней энергии невозможно.

4. Формулировка Клаузиуса:

Осуществить вечный двигатель 2-го рода не представляется возможным. Вечный двигатель 2-го рода – такой двигатель, который способен всю теплоту превратить в работу.

Прямой и обратный обратимые циклы.

В рассмотренных ранее термодинамических процессах изучались вопросы получения работы или вследствие подведенной теплоты, или изменения внутренней энергии РТ, или одновременно вследствие того и другого. При однократном расширении газа в цилиндре можно получить лишь ограниченное количество работы, так как все же наступит момент, когда температура и давление РТ станут равными температуре и давлению окружающей среды и на этом прекратится получение работы. Следовательно, для повторного получения работы необходимо в процессе сжатия возвратить РТ в первоначальное состояние.

На диаграмме (рис. 16)– термодинамический круговой процесс, в котором рабочее тело многократно изменяет свое состояние и постоянно возвращается в первоначальное, т.е. в т.1. Если РТ расширяется по кривой 1-3-2, то оно производит работу, изображаемую на диаграмме пл. 13245. По достижении точки 2 РТ должно быть возвращено в начальное состояние (т.1), для того чтобы оно снова смогло произвести работу. Процесс возвращения в начальное состояние может быть осуществлен тремя путями.

1. Кривая сжатия 2-3-1 совпадает с кривой расширения 1-3-2. В таком процессе вся полученная при расширении работа (пл. 23154) и положительная работа равна нулю.

2. Кривая сжатия 2-6-1 располагается над линией расширения 1-3-2; при этом на сжатие затрачивается бóльшее количество работы (пл. 51624), чем ее будет получено при расширении (пл. 51324).

3. Кривая сжатия 2-7-1 располагается под линией расширения 1-3-2. В этом круговом процессе работа расширения (пл. 51324) будет больше работы сжатия (пл. 51724). В результате, во вне будет отдана положительная работа, изображаемая пл. 13271, внутри замкнутой линии кругового процесса, или цикла.

Повторяя цикл неограниченное число раз, можно за счет подводимой теплоты получить любое количество теплоты.

Рис. 16

Цикл в результате которого получается положительная работа, называется прямым циклом или циклом теплового двигателя; в нем работа расширения больше работы сжатия.

Исследование любого обратимого цикла показывает, что для его осуществления необходимо в каждой точке прямого процесса подводить и отводить теплоту от РТ при бесконечно малой разнице температур. При этом температура двух соседних источников теплоты должна отличаться на бесконечно малую величину, так как иначе при конечной разнице температур процессы теплоты будут необратимыми. Тогда для создания теплового двигателя необходимо иметь большое количество теплоотдатчиков, теплоприемников и РТ.

На пути 1-3-2 (рис. 16) РТ совершает удельную работу расширения численно равную пл. 513245, за счет удельного количества теплоты , полученной от теплоотдатчиков, и частично за счет своей внутренней энергии.

На пути 2-7-1 затрачивается удельная работа сжатия , численно равная пл. 427154, часть которой в виде удельного количества теплоты отводится в теплоприемники, а другая часть расходуется на увеличение внутренней энергии РТ до начального состояния. В результате положительная работа .

По 1-му закону термодинамики:

т.е. полезная работа за цикл составит:

Источники теплоты:

Теплоотдатчик – источник с > ↑ температурой.

Теплоприемник – источник с > температурой.

Теплота - теплота, подводимая к рабочему телу от всех теплоотдатчиков, - теплота, отводимая от рабочего тела всем теплоприемникам.

Критерием оценки теплового цикла является термический КПД - это отношение полезно использованной теплоты преобразованной в работу к количеству подводимой теплоты.

при

Обратный обратимый цикл и холодильный коэффициент.

Цикл, в результате которого расходуется работа, называется обратным, в нем работа сжатия больше работы расширения. По обратным циклам работают холодильные установки.

Рассмотрим обратный цикл, который проходит в направлении против часовой стрелки (рис. 16) и изображается 13261. Расширение РТ в этом цикле совершается при более низкой температуре, чем сжатие, и работа расширения (пл. 132451) получается меньше работы сжатия (пл. 162451). Такой цикл может быть совершен только при затрате внешней работы.

В обратном цикле от теплоприемников подводится к рт удельное количество теплоты и затрачивается удельная работа , переходящая в равное удельное количество теплоты, которые вместе передаются теплоотдатчикам:

или

Критерий оценки таких циклов – холодильный коэффициент, который показывает, какое количество теплоты отнимается от теплоприемника при затрате единицы работы.

Правила:

1. Теплота холодного источника не может сама переходить к горячему, для этого требуется затрата работы.

2. В круговом процессе теплота не может быть полностью превращена в работу.

3. Для перевода теплоты в работу необходимо иметь кроме горячего источника холодный, т.е. должен быть перепад температур.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: