Второй закон термодинамики

Для работы любого теплового двигателя необходимо, чтобы рабочее тело, с помощью которого тепловая энергия преобразуется в работу, совершило замкнутый процесс и возвратилось в свое первоначальное состояние. Этот замкнутый процесс называется круговым процессом или циклом. Рассмотрим такой цикл в Р-V – координатах (см. рис.1). На участке цикла 1-А-2 к рабочему телу от «источника теплоты» подводится теплота q_1, а на участке цикла 2-В-1 от рабочего тела к «теплоприемнику» (холодильнику) отводится теплота q_2. На участке 1-А-2 рабочее тело расширяется и производит при этом положительную работу расширения, определяющуюся площадью 1-А-2-3-4-1. На участке 2-В-1 рабочее тело сжимается, причем на сжатие рабочего тела затрачивается работа, определяющаяся площадью 2-В-1-4--3-2. После завершения цикла рабочее тело возвращается в первоначальное состояние (точка 1), поэтому параметры его состояния и внутренняя энергия остаются неизменными (т.е. ∆uц = 0)

Рис.1. На основании первого закона термодинамики для цикла в целом, с учетом того, что ∆uц = 0, можно записать:

q_ц = ∆и_ц + l_ц = l_ц = q₁ - q₂, (24)

где q_ц – теплота, полезного использованная в цикле;

l_ц - полезная работа, произведенная за цикл.

Важнейшей тепловой характеристикой цикла является его термический коэффициент полезного действия, определяемый по уравнению:

η_t = (25)

Рассмотренный выше цикл совершается в направлении вращения часовой стрелки. Подобные циклы называются «прямыми». По прямым циклам работают все тепловые двигатели, как паровые, так и газовые. Но в теплотехнических машинах (холодильных установках, компрессорах и др.) могут осуществляться и «обратные» циклы, совершающиеся в направлении, противоположном направлению вращения часовой стрелки. В таких циклах линия процесса сжатия располагается выше линии процесса расширения (см.рис.2). Поэтому, на осуществление обратного цикла должна затрачиваться работа постоянного источника энергии.

Из уравнения (25) следует, что термический коэффициент полезного действия любого цикла всегда будет меньше единицы, так как q₂ всегда больше нуля. Это условие определяет сущность второго закона термодинамики, устанавливающего невозможность создания так называемого «вечного двигателя», который всю тепловую энергию, сообщенную рабочему телу, полностью (без потерь) превращал бы в механическую работу.

Рекомендуемая литература:

1 осн [5-21;23-29;38-40]; 9 доп [6-17;22-26].

Рис.2.

Контрольные вопросы:

1. Характеристика параметров состояния – температуры, давления, удельного объема и плотности.

2. Теплоемкость. Виды теплоемкости.

3. Определение количества теплоты, изменения внутренней энергии рабочего тела и величины совершаемой работы.

4. Сущность и математическое выражение первого закона термодинамики.

5. Круговые процессы или циклы.

6. Сущность второго закона термодинамики.

Дата добавления: 2015-07-18