Un proces este descris ca un proces politropic, care este descris de ecuația:
Indicele politropic n poate lua orice valoare în intervalul de la -∞ la + ∞, dar pentru acest proces este o valoare constantă.
Din ecuația procesului politropic și a ecuației Clapeyron se poate obține o expresie care stabilește o legătură între p, v și T în oricare două puncte de pe polytrope:
Lucrarea de extindere a gazului în procesul politropic este:
În cazul unui gaz ideal, această formulă poate fi transformată:
Cantitatea de căldură furnizată sau retrasă în proces este determinată de prima lege a termodinamicii:
este căldura specifică a unui gaz ideal într-un proces politropic.
Cu cv. k și n = const cn = const, prin urmare, procesul politropic este uneori definit ca un proces cu o capacitate de căldură constantă.
Procesul politropic are o semnificație generalizatoare, deoarece acoperă întregul set de procese termodinamice de bază.
Reprezentarea grafică a politopului în p, v coordonează, în funcție de indicele politropic n.
pv 0 = const (n = 0) este izobar;
pv = const (n = 1) este o izotermă;
p 0 v = const, p 1 / ∞ v = const, pv ∞ = const - izocor;
pv k = const (n = k) este adiabat.
n> 0 sunt curbe hiperbolice,
n <0 – параболы.
Un motor termic este un dispozitiv capabil să transforme cantitatea de căldură primită în muncă mecanică. Lucrarea mecanică în motoarele termice se face în procesul de extindere a unei anumite substanțe, care se numește corpul de lucru. Ca fluid de lucru, se folosesc de obicei substanțe gazoase (vapori de benzină, aer, vapori de apă). Organismul de lucru primește (sau dăruiește) energie termică în procesul schimbului de căldură cu corpuri care au o mare cantitate de energie internă. Aceste corpuri se numesc rezervoare termale.
După cum rezultă din prima lege a termodinamicii, cantitatea de căldură Q obținută de gaz este complet transformată în lucrarea A în procesul izotermic, la care energia internă rămâne neschimbată (# 916; U = 0):
Dar un astfel de act unic de transformare a căldurii în muncă nu este de interes pentru tehnologie. Într-adevăr, motoarele termice existente (motoarele cu aburi, motoarele cu ardere internă etc.) funcționează ciclic. Procesul de transfer de căldură și conversia cantității de căldură primite în lucrare se repetă periodic. În acest scop, corpul de lucru trebuie să efectueze un proces circular sau un ciclu termodinamic, în timpul căruia starea inițială este restabilită periodic. Procesele circulante sunt reprezentate pe diagrama (p, V) a unui mediu de lucru gazos cu ajutorul curbelor închise (Figura 3.11.1). Cu expansiune, gazul efectuează o activitate pozitivă A1. egal cu aria de sub curba abc, în timpul compresiei, gazul efectuează o lucrare negativă A2. modulo egal aria de sub curba cda. Lucrarea totală pentru ciclul A = A1 + A2 din diagramă (p, V) este egală cu aria ciclului. Funcția A este pozitivă dacă ciclul este ocolit în sensul acelor de ceasornic și A este negativ dacă ciclul este traversat în direcția opusă.
Figura 3.11.1. Procesul circular pe diagrama (p, V). abc - curba de expansiune, cda - curba de compresie. Lucrarea A în procesul circular este egală cu aria figurii abdd
O proprietate comună a tuturor proceselor circulare este că ele nu pot fi realizate, aducând corpul de lucru în contact termic cu un singur rezervor de căldură. Au nevoie de cel puțin două. Un rezervor termic cu o temperatură mai mare se numește încălzitor, iar cu cel inferior este un frigider. Efectuând un proces circular, corpul de lucru primește de la încălzitor o anumită cantitate de căldură Q1> 0 și dă frigiderului cantitatea de căldură Q2 <0. Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно
Când ciclul este traversat, corpul de lucru revine la starea inițială, prin urmare, schimbarea energiei sale interne este zero (# 916; U = 0). Conform primei legi a termodinamicii,
Modelul. Cicluri termodinamice
Coeficientul de eficiență indică ce parte din energia termică primită de corpul de lucru din rezervorul termic "cald" sa transformat într-o muncă utilă. Restul (1 - # 951;) a fost "inutil" transferat la frigider. Eficiența unei mașini termice este întotdeauna mai mică decât una (# 951; <1). Энергетическая схема тепловой машины изображена на рис. 3.11.2.
Figura 3.11.2. Schema de putere a motorului termic: 1 - încălzitor; 2 - frigider; 3 - organismul de lucru, care efectuează un proces circular. Q1> 0, A> 0, Q2 <0; T1> T2
În motoarele utilizate în inginerie, se folosesc diverse procese circulare. În Fig. 3.11.3 descrie ciclurile utilizate în motoarele cu carburant pe benzină și diesel. În ambele cazuri, corpul de lucru este un amestec de vapori de benzină sau motorină cu aer. Ciclul motorului cu combustie internă a carburatorului constă din două izocore (1-2, 3-4) și două adiabate (2-3, 4-1). Motorul diesel cu ardere internă funcționează pe un ciclu format din două adiabate (1-2, 3-4), unul izobar (2-3) și unul izochor (4-1). Eficiența reală a motorului carburatorului este de aproximativ 30%, motorul diesel are aproximativ 40%.
Figura 3.11.3. Ciclurile motorului cu combustie internă cu carburator (1) și motorul diesel (2)
În 1824, inginerul francez S. Carnot a examinat un proces circular compus din două izoterme și două adiabate, care au jucat un rol important în dezvoltarea teoriei proceselor termice. Se numește ciclul Carnot (figura 3.11.4).
Figura 3.11.4. Ciclul Carnot
Carnot ciclu face gaz, care este în cilindru sub piston. În secțiunea izotermă (1-2), gazul este adus în contact termic cu un rezervor de căldură fierbinte (încălzitor) având o temperatură T1. Gazul se extinde izotermic, finalizând lucrările A12. în timp ce o cantitate de căldură Q1 = A12 este furnizată gazului. În plus, pe regiunea adiabatică (2-3), gazul este plasat în plicul adiabatic și continuă să se extindă în absența schimbului de căldură. În această secțiune, gazul efectuează lucrul A23> 0. Temperatura gazului scade cu o expansiune adiabatică la valoarea T2. La următoarea secțiune izotermică (3-4), gazul este adus în contact termic cu un rezervor de căldură rece (răcitor) la o temperatură T2 Pe diagrama (p, V), această lucrare este egală cu aria ciclului. Procesele din toate părțile ciclului Carnot sunt presupuse a fi cvasistatice. În special, ambele secțiuni izotermice (1-2 și 3-4) sunt efectuate cu o diferență de temperatură infinitezimală între corpul de lucru (gaz) și rezervorul de căldură (încălzitor sau condensator). După cum rezultă din prima lege a termodinamicii, lucrarea unui gaz sub expansiune adiabatică (sau compresie) este egală cu pierderea U al energiei sale interioare. Pentru 1 mol de gaz unde T1 și T2 reprezintă temperatura inițială și cea finală a gazului. Rezultă că lucrarea făcută de gaz pe două secțiuni adiabatice ale ciclului Carnot este aceeași în valoare absolută și opusă în semn Prin definiție, eficiența # 951; Carnot ciclu este Reglementarea juridică a rețelelor de informare și telecomunicații - stadopedia Caracteristici ale științei medicale din secolul al XIII-lea - stadopedia
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: