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 ГЛАВА II. Второй закон термодинамики§ 6. Работа и теплота в циклических процессахВ циклических процессах начальное и конечное состояния системы идентичны. Примерами циклических процессов являются различные периодические процессы, применяемые в технике для превращения теплоты в работу (тепловые машины) и для охлаждения системы за счет совершаемой работы (холодильники, ожижители). Мы подробно рассмотрим эти циклические процессы, так как они обнаруживают весьма важные термодинамические закономерности. а. Тепловые машины.Простейшим примером тепловой машины является так называемая машина с нагретым воздухом) (фиг. 12, а), принцип действия которой был описан Стирлингом (1817 г.). Сосуд в нижней части нагревается, а в верхней охлаждается проточной водой. При помощи не проводящего тепло вытеснителя который то опускается вниз, то поднимается вверх, воздух в сосуде попеременно выталкивается то в верхнюю, то в нижнюю части сосуда. Когда вытеснитель идет вверх, воздух перетекает в нижнюю часть сосуда, нагревается там, расширяется и толкает поршень Соединяя маховое колесо с вытеснителем так, чтобы он двигался вверх и вниз в правильной фазе, можно построить самодействующую машину, так называемую калорическую машину. Воздух в сосуде совершает циклический процесс, показанный на фиг. 12,б в предположении, что вытеснитель перемещается скачками. Циклический процесс изображается двумя линиями постоянного объема и двумя изотермами. В нижней части сосуда газ нагревается от
Фиг. 12. Машина с горячим воздухом Пусть
Вторым лучше известным примером является паровая машина (фиг. 13,а), в которой вода и пар совершают циклический процесс. В котле вада превращается в пар при высокой температуре причем, поглощается тепло
Фиг. 13. Паровая машина (а) и ее идеализированный цикл (б). Циклический процесс, совершенный жидкой водой и паром, показан на фиг. 13,б в идеализированной форме, предложенной Рэнкином. Пусть
Итак, мы видим, что при превращении тепла в работу лишь часть начального количества подведенного тепла б. Холодильные машины.Простым примером холодильной машины является так называемая компрессионная холодильная машина (фиг. 14,а), применяемая в холодильниках и иногда в торговых рефрижераторах для сохранения продуктов питания. Машина работает на легко сжижаемом газе, вроде аммиака или сернистого ангидрида. Этот газ практически адиабатически сжимается компрессором. Во время сжатия температура повышается, поэтому газ пропускается через теплообменник, где он охлаждается водой при комнатной температуре Затем жидкий аммиак проходит через клапан В отличие от циклического процесса в тепловой машине, который идет на диаграмме по часовой стрелке, т. е. в «положительном» направлении, процесс в холодильной машине происходит в «отрицательном» направлении, т. е. против часовой стрелки. Это согласуется с выводами § 2, где мы показали, что в положительном цикле работа производится системой, в то время как в отрицательном цикле работа совершается над системой. Если процесс является квазистатическим, то работа численно равна площади замкнутой кривой. Характерным свойством всех холодильных машин является то обстоятельство, что для переноса тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокий температурой требуется совершить работу, которая превращается в тепло при более высокой температуре
Фиг. 14. Компрессионная холодильная машина {а) и ее цикл (б) Итак, первый закон определяет энергетический баланс между подведенной и использованной работой и подведенным и использованным теплом в двух рассмотренных типах циклических процессов. Кроме того, имеется ряд общих правил, с которыми мы познакомились в предыдущих параграфах и которые мы теперь рассмотрим более подробно.
|
1 |
Оглавление
|