Цикл Карно. Коэффициент полезного действия

Циклический процесс – совокупнось термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. На диаграммах состояния р – V (рис. 67) круговые процессы изображаются замкнутыми кривыми.

Работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой кривой; изменение внутренней энергии равно нулю:

.(3.2.32)

Первое начало термодинамикидля круговых процессов имеет вид

,(3.2.33)

где знак означает интегрирование по замкнутому контуру.

Прямым циклом называется круговой процесс, в котором система совершает положительную работу

.(3.2.34)

Замкнутая кривая на диаграмме, изображающая прямой цикл, описывается по часовой стрелке.

Обратным циклом называется круговой процесс, в котором система совершает отрицательную работу

.(3.2.35)

На диаграмме обратный цикл изображается замкнутой кривой, проходимой против часовой стрелки.

Обратимый процесс – это такой термодинамический процесс, при котором изменение состояния системы, будучи проведено в обратном направлении, возвращает ее в исходное состояние так, чтобы система прошла через те же промежуточные состояния, что и в прямом процессе, но в обратной последовательности, а состояние тел вне системы осталось бы неизменным.

Необратимый процесс – это такой термодинамический процесс, после окончания которого систему нельзя вернуть в начальное состояние так, чтобы нигде в среде не осталось никаких изменений.

Любая тепловая машина состоит из трех частей – нагревателя, холодильника и рабочего тела.

Рабочее тело– термодинамическая система, совершающая круговой процесс и обменивающаяся энергией с другими телами. Обычно рабочим телом является газ.

Нагреватель (теплоотдатчик) – тело, сообщающее термодинамическойсистеме энергию в форме некоторого количества теплоты.

Холодильник (теплоприемник) – тело, получающее от термодинамическойсистемы энергию в виде некоторого количества теплоты.

Термодинамическийкоэффициент полезного действия тепловой машины – отношение полезной работы (работы, совершенной рабочим телом в рассматриваемом прямом круговом процессе) к сумме всех количеств тепла, сообщенных рабочему телу нагревателями:

,(3.2.36)

где – количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при температуре Т ₁,

– количество теплоты, Отданное рабочим телом холодильнику при температуре Т ₂,

А – работа, совершенная тепловой машиной за цикл,

h – термодинамический коэффициент полезного действия тепловой машины.

КПД цикла Карно

Цикл Карно – прямой круговой процесс, при котором выполненная системой работа максимальна. Цикл состоит из двух изотермических и двух адиабатических расширений и сжатий (рис. 68)

В процессе 1 – 1' рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты , а в процессе 2 – 2' – рабочее тело отдает холодильнику количество, теплоты

Теорема Карно. Тепловая машина при данных значениях температур нагревателя и холо дильника, не может иметь большего КПД, чем машина, работающая по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.

Термический коэффициент полезного действия обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и является функцией только абсолютных температур нагревателя – Т ₁ и холодильника Т ₂.

.(3.2.37)

Вобратимом цикле Карно выполняется соотношение:

,(3.2.38)

где Т ₁ – температура нагревателя, Т ₂ – температура холодильника, – количество теплоты, переданное системе нагревателем, – количество теплоты, переданное системой холодильнику.

Термический КПД произвольного обратимого цикла:

,(3.2.39)

где Т _mах и Т _min – экстремальные значения температуры нагревателя и холодильника, участвующих в осуществлении рассматриваемого цикла.

Второе начало термодинамики

Первое начало термодинамики, выражает закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов, но не позволяет установить направление протекания термодинамических процессов.

Второе начало термодинамикиопределяет направление протекания термодинамических процессов и тем самым дает ответ на вопрос, какие процессы в природе могут протекать самопроизвольно.

Некоторые из формулировок второго начала термодинамики:

· невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от некоторого тела, в эквивалентную ей работу.

· невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в окорме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому телу.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: