Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 8. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫВ термодинамических рассуждениях большое значение имеет рассмотрение различных круговых процессов. Круговым процессом, или циклом называется такая последовательность превращений, в результате которой система, выйдя из какого-либо исходного состояния, вновь в него возвращается. На диаграмме состояния круговой процесс изображается замкнутой кривой. При изображении кругового процесса на графике с координатами Процесс расширения системы связан с совершением ею работы, в то время как сжатие системы вызывается работой внешних сил над системой. На графике (рис. 95) работа, совершаемая системой при расширении, численно равна площади фигуры Согласно первому началу термодинамики работа при расширении системы может совершаться или за счет внутренней энергии системы, или за счет подводимой к системе теплоты. Аналогично работа, совершенная внешними силами над системой при обратном процессе, может или отводиться от системы в виде теплоты, или же превращаться во внутреннюю энергию системы. Рассмотрим один из возможных круговых процессов, обратив внимание на взаимные превращения, которые претерпевают теплота, работа и внутренняя энергия системы. Для того чтобы сделать рассуждения возможно более простыми, выберем в качестве системы идеальный газ.
Рис. 95. Графическое изображение кругового процесса.
Рис. 96. Превращение теплоты в работу при циклическом процессе. При изотермических процессах в этом случае внутренняя энергия системы не будет изменяться. Предположим, что исходное состояние системы 1 (рис. 96) характеризуется значением параметров состояния Для того чтобы переход из состояния 1 в состояние 2 происходил изотермически, к системе необходимо подвести при температуре
Если теперь возвратить систему в исходное состояние, сжимая ее изотермически при той же температуре, то для этого будет необходимо затратить работу, равную работе, полученной при расширении, а для поддержания температуры неизменной отвести от системы эквивалентное количество теплоты. В конечном результате окажется, что, сколько теплоты было превращено в работу при прямом процессе, столько же работы будет превращено в теплоту при обратном. Можно, однако, поступить иначе. Предположим, например, что по достижении системой состояния 2 мы понизим ее температуру до величины Переход из состояния 2 в 3 потребует отвода от системы количества теплоты
Если теперь сжать газ изотермически до первоначального объема, то система перейдет в состояние 4, характеризуемое параметрами Для этого перехода потребуется затратить работу
Как мы видим, на сжатие газа затрачена меньшая работа, чем была получена при его расширении. Рассмотренный процесс, однако, не является еще циклическим. Для замыкания цикла необходимо газ нагреть при постоянном объеме, повысив его температуру до исходной. При этом к системе необходимо подвести количество теплоты
В результате нагревания цикл замкнется, система возвратится в исходное состояние с параметрами Проанализируем рассмотренный круговой процесс. Прежде всего обратим внимание на то, что количество теплоты Таким образом, следует рассмотреть только изотермическое расширение системы при переходе ее из состояния 1 в состояние 2 и изотермическое сжатие при переходе от состояния 3 к 4. При изотермическом расширении системы к ней при температуре При изотермическом сжатии системы внешние силы совершают работу Разность работ разности количеств теплоты, подведенной при расширении и отведенной при сжатии системы. С практической точки зрения интересны циклические процессы, сопровождающиеся превращениями теплоты в работу. В рассмотренном циклическом процессе от некоторого источника забиралось количество теплоты При любом циклическом процессе, предназначенном для превращения теплоты в работу, к системе подводится некоторое количество энергии в форме теплоты при более высокой температуре, часть подведенной энергии превращается в работу, а часть отводится опять же в форме теплоты, но при более низкой температуре. Циклический процесс, при котором к системе подводилось бы некоторое количество теплоты и все без остатка превращалось бы в работу, вообще невозможен. Для характеристики эффективности циклического процесса в отношении превращения теплоты в работу вводится физическая величина, называемая коэффициентом поленного действия цикла,
или, учитывая эквивалентность между теплотой и работой,
Превращения теплоты в работу, подобные описанным выше, используются в различных тепловых машинах. Чем ближе коэффициент полезного действия цикла к единице, тем более совершенна с термодинамической точки зрения данная машина. Наиболее совершенным в отношении коэффициента полезного действия является циклический процесс, рассмотренный впервые французским физиком Сади Карно (1796—1832) и носящий его имя.
|
1 |
Оглавление
|