Să presupunem pentru simplitate că ireversibilitatea ciclului datorită faptului că schimbul de căldură între fluidul de lucru și o sursă de căldură (ia în considerare, de asemenea, frigider „sursă“ numai temperatură negativă) are loc la diferențe de temperatură finite, adică incalzitor, dând pe căldură, răcit la # 8710; T. iar frigiderul se încălzește # 916; T.
Orice proces care nu satisface condiția inversibilității se numește un proces ireversibil. Un exemplu al unui proces ireversibil este procesul de frânare a corpului sub acțiunea forțelor de frecare. Viteza corpului scade și se oprește. Energia mișcării mecanice a corpului este folosită pentru creșterea energiei mișcării haotice a particulelor corpului și a mediului. Există o disipare a energiei. Pentru a continua mișcarea, este necesar un proces compensator de răcire a corpului și a mediului. În cazul nostru, mașinile termice, un încălzitor și un frigider nu sunt ideale, nu au capacitate infinită de căldură și în procesul de lucru primesc sau dau o temperatură suplimentară # 916; T.
Figura 5.6 prezintă un astfel de ciclu ireversibil.
După cum se poate vedea din figură, zona din interiorul figurii ABCD a scăzut din cauza pierderilor, ceea ce înseamnă că munca utilă a ciclului și eficiența a scăzut.
Pentru un ciclu Carnot reversibil
Pentru un ciclu ireversibil
Astfel, eficiența oricărui motor termic real datorată frecării și pierderilor de căldură inevitabile este mult mai mică decât eficiența ciclului Carnot. Ie întotdeauna - această concluzie este valabilă indiferent de motivele ireversibilității procesului ciclic.
O mașină de răcire este o mașină care funcționează pe ciclul Carnot invers (Figura 5.4). Asta este, dacă ați bucle în direcția opusă, căldura va fi luată de la frigider și transferată la încălzitor (datorită funcționării forțelor externe).
Ciclul invers Carnot poate fi luat în considerare în exemplul din Fig. 5.5. Pentru compresia izotermică a BA. cantitatea de căldură Q1 la T1 este scoasă din gaz. În timpul extinderii izotermice a D-C, cantitatea de căldură Q2 este aplicată la gaz.
În acest ciclu. iar lucrările efectuate asupra gazului sunt negative, adică
În cazul în care organismul de operare efectuează ciclu invers, atunci când este posibil să se transfere energie sub formă de căldură de la rece la un corp fierbinte datorită forțelor de operare comise externe.
Pentru frigiderele care funcționează pe ciclul Carnot
Aditivitate (additivus lat -. Adăugat pe) - valori ale unei proprietăți care constă în faptul că valorile corespunzătoare întregului obiect, este egal cu suma magnitudini valorilor porțiunilor corespunzătoare ale acestora, într-o anumită clasă de posibile partițiilor ale obiectului în bucăți. De exemplu, aditivitatea unui volum înseamnă că volumul întregului corp este egal cu suma volumelor părților componente ale acestuia.
A doua lege a termodinamicii
Legea conservării energiei afirmă că cantitatea de energie din orice proces rămâne neschimbată. Dar el nu spune nimic despre ce transformări de energie sunt posibile. Conservarea energiei nu interzice, procese care nu apar în practică: - încălzirea unui corp mai cald este mai rece; - oscilarea spontană a pendulului dintr-o stare de odihnă; - ridicarea nisipului în piatră etc. Procesele în natură au o anumită direcție. În direcția opusă spontan, ele nu pot să curgă. Toate procesele din natură sunt ireversibile (îmbătrânirea și moartea organismelor). Un proces ireversibil poate fi numit proces, a cărui inversare poate avea loc doar ca una dintre legături într-un proces mai complex. Procese numite spontan care au loc fără impactul corpurilor externe și, prin urmare, fără modificări în aceste organisme). Procesele de tranziție de la o stare la alta, care pot fi efectuate în direcția opusă, prin aceeași secvență de stări de echilibru intermediare sunt numite reversibile. În acest caz, sistemul însuși și corpurile din jur se întorc complet în starea inițială. Cea de-a doua parte a termodinamicii indică direcția transformărilor posibile de energie și exprimă astfel ireversibilitatea proceselor în natură. Se stabilește prin generalizarea directă a faptelor experimentale. Formularea R. Clausius: imposibil de a transfera căldura de la rece la cald un sistem în absența schimbării simultane în ambele sisteme, sau corpurile din jur. Formularea D Kelvin: este imposibil să efectueze o astfel de proces discontinuu, numai rezultatul care ar fi pentru a obține activitatea din cauza căldurii luate din aceeași sursă. Este imposibil să existe o mașină de mișcare perpetuă termică de al doilea tip; Un motor care efectuează lucrări mecanice prin răcirea unui singur corp. Explicarea ireversibilității proceselor în natură are o interpretare statistică (probabilistică). Procedurile pur mecanice (fără frecare) sunt reversibile, adică sunt invariante (nu se modifică) atunci când t → -t este înlocuit. Ecuațiile de mișcare ale fiecărei molecule individuale sunt, de asemenea, invariabile în ceea ce privește transformarea timpului, deoarece Numai forțele care depind de distanță sunt cuprinse. Prin urmare, motivul ireversibilității proceselor în natură este că organismele macroscopice conțin un număr foarte mare de particule. Starea macroscopică se caracterizează prin mai mulți parametri termodinamici (presiune, volum, temperatură etc.). Starea microscopică se caracterizează prin specificarea coordonatelor și a vitezelor (impulsurilor) tuturor particulelor care constituie sistemul. O stare macroscopică poate fi realizată de un număr foarte mare de microstații. Notăm: numărul total N de stări ale sistemului, N1 - numărul de microscopice, care pune în aplicare această stare, w - probabilitatea unui anumit stat. Apoi. . Mai mult N1. cu atât este mai mare probabilitatea ca aceasta macrostată, adică cu cât sistemul va fi mai în această stare. Evoluția sistemului are loc în direcția unor stări puțin probabile. pentru că mișcarea mecanică este o mișcare ordonată și mișcarea termică este haotică, apoi energia mecanică trece în energia termică. Când starea de schimb de căldură, în care un corp are o temperatură mai ridicată (moleculele au o energie cinetică medie mai mare) este mai puțin probabil decât o stare în care temperatură egală. Prin urmare, procesul de schimb de căldură are loc în direcția egalizării temperaturii. Entropia este o măsură a tulburării. S este entropia. Ecuația Boltzmann: unde k este constanta lui Boltzmann. Această ecuație dezvăluie semnificația statistică a legilor termodinamicii. Entropia în toate procesele ireversibile crește. Din acest punct de vedere, viața este o luptă constantă pentru a reduce entropia. Entropia este asociată cu informații, deoarece informațiile conduc la ordine (veți ști foarte mult - veți deveni în curând vechi).
Entropia este o funcție a stării sistemului. În termodinamică este o cantitate determinată de relația :. unde S este entropia. Ie schimbarea entropiei este egală cu cantitatea de căldură transferată în proces, cu temperatura la care a avut loc acest proces. În acest sens, procesul adiabatic este un proces izentropic. Din prima lege a termodinamicii: - ecuația de bază a termodinamicii. Teorema lui Carnot implică :. De aici: fie
К П Д masina termica.
Coeficientul de eficiență (EFICIENȚA) este o caracteristică a eficienței unui sistem (dispozitiv, mașină) în ceea ce privește transformarea sau transmiterea energiei. Acesta este determinat de raportul dintre energia utilă folosită și cantitatea totală de energie primită de sistem; este de obicei # 951; ("Aceasta") [1]. Eficiența este o cantitate fără dimensiuni și este adesea măsurată în procente.
Inginerul francez Sadi Carnot a propus un ciclu ideal care să ofere o eficiență maximă. . Acest ciclu constă din două izoterme și două adiabate și se numește ciclul Carnot.
- extinderea izotermică la. adiabatic de expansiune. compresie izotermică la. compresie izotermică.
Calculați eficiența ciclului Carnot pentru un gaz ideal. Într-un proces izotermic, energia internă a unui gaz ideal rămâne constantă. Prin urmare, cantitatea de căldură primită de gaz este egală cu munca. realizat de gaz în timpul trecerii de la starea 1 la starea 2 (figura 2). Acest lucru este
unde este masa unui gaz ideal într-un motor termic.
Cantitatea de căldură dată frigiderului este egală cu cantitatea de căldură. petrecut pe comprimarea gazelor atunci când trec de la starea 3 la starea 4. Această lucrare este egală cu
Pentru ca ciclul să fie închis, starea 1 și 4 trebuie să se afle pe același adiabat. Aceasta implică condiția
În mod similar, pentru stările 2 și 3, condiția
Împărțind o relație cu alta, ajungem la starea ciclului închis
Acum înlocuind expresia cu eficiența, ajungem
Ca rezultat, obținem o formulă pentru eficiența ciclului Carnot:
unde - temperatura încălzitorului, - temperatura frigiderului. Eficiența ciclului Carnot este eficiența maximă a tuturor ciclurilor posibile efectuate în aceste intervale de temperatură și.
Ne întoarcem la relația (2), care se află în cazul unui ciclu Carnot reversibil. În cazul general, având în vedere posibilitatea unui ciclu Carnot ireversibil, această relație are forma:
Transformăm (3) după cum urmează:
Ca rezultat, ajungem
Pentru un ciclu Carnot reversibil :,
pentru ciclul Carnot ireversibil :.
Pentru un ciclu reversibil arbitrar:
pentru un ciclu arbitrar ireversibil:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: