Коэффициент полезного действия кругового процесса
В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, изменение внутренней энергии газа за цикл равно нулю. Поэтому из первого начала термодинамики для кругового процесса (при dU = 0) получаем, что работа за цикл равна полученному количеству теплоты: Обратимые процессы — это физическая абстракция. Тем не менее многие процессы в природе и технике можно считать… Читать ещё >
Коэффициент полезного действия кругового процесса (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Дадим сначала некоторые определения, которые позволят дать количественные формулировки второго начала термодинамики.
Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении через все промежуточные стадии; причем если система возвращается в исходное состояние, то в окружающих телах не происходит никаких изменений. Процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым. Примеры необратимых процессов: диффузия, теплопередача, расширение газа в пустоту.
Обратимые процессы — это физическая абстракция. Тем не менее многие процессы в природе и технике можно считать обратимыми. Существенно, что обратимые процессы являются наиболее экономичными и имеют максимальный коэффициент полезного действия.
Циклом, или круговым процессом, называется процесс, при котором система возвращается в исходное состояние. График цикла представляет собой замкнутую кривую. Если цикл протекает по часовой стрелке, то такой цикл называется прямым (рис. 13.1). Такой цикл можно разбить на процессы расширения (1я2) и сжатия (2М) рабочего тела (газа), причем работа расширения (определяется площадью под кривой а'1) положительна ((IV> 0), работа сжатия (определяется площадью под кривой 2М) отрицательна (dV < 0). Таким образом, суммарная работа за цикл по модулю определяется площадью внутри замкнутой кривой. Если цикл протекает, но часовой стрелке, то работа расширения больше работы сжатия и очевидно, что суммарная работа за цикл положительна: А > 0. Если цикл протекает против часовой стрелки (рис. 13.2), то цикл называется обратным. При этом работа расширения (определяется площадью под кривой Ь2) меньше работы сжатия, так что суммарная работа за цикл отрицательна: А < 0.
Рис. 13.1 Рис. 13.2
Прямой цикл применяется в тепловых машинах — они совершают циклическую работу за счет полученной извне теплоты при переносе тепла от теплоотдатчика (в данном случае тела с более высокой температурой) к теплоприемнику (в данном случае телу с более низкой температурой). Обратный цикл применяется в холодильных машинах — в них за счет работы внешних сил теплота переносится от теплоотдатчика (в данном случае тела с более низкой температурой) к теплоприемнику (в данном случае телу с более высокой температурой).
Коэффициентом полезного действия (КПД) тепловой машины называется отношение совершенной машиной работы А к количеству теплоты Qr полученному рабочим телом от теплоотдатчика:
В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, изменение внутренней энергии газа за цикл равно нулю. Поэтому из первого начала термодинамики для кругового процесса (при dU = 0) получаем, что работа за цикл равна полученному количеству теплоты:
В общем случае тепловая машина не только получает теплоту Qv но и отдает теплоту Q." так что суммарное количество теплоты, полученное системой, равно.
В результате КПД кругового процесса равен.
Чтобы КПД теплового двигателя достиг единицы, в соответствии с формулой (13.4) необходимо, чтобы выполнялось условие Q2 = 0. В этом случае тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты, а это, как установил французский физик и инженер Н. Л. С. Карно (1796—1832), невозможно. Карно показал, что для работы теплового двигателя необходимо не менее двух источников теплоты с различными температурами.