Второй закон термодинамики. Схема прямого цикла Карно

ЛЕКЦИЯ 7
ТЕМА: Второй закон термодинамики. Схема прямого цикла Карно:
План:
1. Сущность 2 закона термодинамики
2. Тепловые двигатели и их КПД
3. О правильном цикле Карно
Основные термины: термодинамическая система, КПД, обратимые и необратимые процессы, тепловая машина, циклы.
2-й закон термодинамики определяет направление, в котором могут протекать процессы, происходящие в природе. «Это объясняет, что ничего нельзя сделать без энергии, что ничего и никогда нельзя сделать со 100% затраченной энергии, и поэтому вечный двигатель не может быть создан в природе». Планк описывает 2-й закон термодинамики следующим образом: периодического процесса, состоящего в превращении количества теплоты в работу, не происходит. Для тепловых двигателей всегда (F.I.K) ē <1. Клаузиус описывает 2-й закон термодинамики следующим образом: количество теплоты не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему. В 1824 г. французский инженер и ученый Сади Карно описал суть 2-го закона термодинамики в своих комментариях о «движущей силе огня».
Температура газа должна быть высокой, чтобы развить движущую силу. Поэтому и охлаждение должно быть максимально возможным и не следует рассчитывать на использование всей внутренней энергии топлива.» То есть из стопроцентно отработанного топлива нельзя получить стопроцентную работу.
Все процессы, происходящие в изолированной системе, делятся на 2 класса:
процессы возврата; Делятся на необратимые процессы.

Для изучения этих процессов тело должно переходить из одного состояния в другое за счет процесса, протекающего в изолированной системе, а затем снова возвращаться в первое состояние. Возвращение объекта из второго состояния в первое называется процессом обращения, если оно происходит при тех же условиях, что и при переходе из состояния 1 в состояние 2, и без изменения окружающих тел. Возврат объекта в исходное состояние называется необратимым процессом, который возникает при изменении окружающих предметов или самого тела. Сбалансированный процесс является обратимым процессом. Необратимые процессы – это процессы, протекающие при трении. Любой реальный механический процесс есть необратимый процесс. Переход тепла от более нагретого тела к более холодному также является необратимым процессом. Ниже мы рассмотрим диаграмму циклов Процесс перехода объекта из одного состояния в состояние 2 и последующего возврата его из другого промежуточного состояния в исходное состояние называется в термодинамике циклом.

Есть два разных цикла:
1.Прямой цикл или цикл нагревательной машины;
2. Обратный цикл или цикл холодильной машины.
В прямом цикле рабочая температура снаружи тела получает Q1 - количество теплоты от вышестоящего тела (нагревателя). Под действием этого количества тепла рабочее тело расширяется. В обратном цикле заготовка отдает Q2 - количество теплоты более низкотемпературному телу (холоднее) снаружи. В результате рабочий орган сжимается.
Полезная работа, совершаемая за цикл, равна разности между количеством теплоты, полученным рабочим телом от нагревателя, и количеством теплоты, переданным холодильнику.
Af = Q₁ - Q₂ Уровень КПД тепловых двигателей определяется величиной, называемой коэффициентом полезного действия ent (К.П.Д). Этот размер ввел французский инженер Сади Карно.

В этом случае Ф.И.К. Включает в себя тепловые машины, паровые машины, паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания.
Прямой цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабатических процессов. Правильный цикл карно идеально осуществляется в нагревательной машине. При этом в качестве рабочего тела принимается 1 моль идеального газа, а его начальные параметры равны P1, Vm1, T1. При изотермическом расширении газа (T1 = const) газ от нагревателя получает количество теплоты Q1. В результате параметры газа изменяются на Р2, Т2, рабочее тело отделяется от нагревателя, и газ адиабатически расширяется из состояния 2 в состояние 3. В этом случае газ не обменивается теплотой с внешней средой. Когда процесс адиабатического расширения завершится, параметры газа будут Р3,, Т3. Затем газ подвергается изотермическому сжатию (T2 = const). В результате газ отдает некоторое количество тепла Q2 хладагенту при изотермическом сжатии. Наконец, параметры 4-го состояния - это P, T4, которые адиабатически сжимают газ и возвращают его в исходное состояние. В результате цикл завершается.
Резюме:
1. КПД тепловой машины (КПД)
2. ФИК реального необратимого цикла.
3. С. Карно говорит, что ФИК тепловой машины равен разности температур нагревателя и охладителя независимо от вида рабочего тела.
Контрольные вопросы:
1. Какие процессы называются циклическими?
2. Какие процессы составляют цикл Карно.
3. Что такое рабочий орган?
4. От чего зависит КПД цикла Карно?