Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно





Круговой процесс (цикл) - это процесс, при котором система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме p-V цикл изображается замкнутой кривой (рис.8). Для идеального газа цикл можно разбить на процесс расширения 1®2 и процесс сжатия 2®1. Работа расширения А12 положительна (dV > 0), работа сжатия А21 отрицательна (dV < 0). Эти работы определяются заштрихованными площадями на рис.9,10, тогда как работа, совершаемая газом за цикл А, определяется заштрихованной площадью, охватываемой замкнутой кривой на рис.8. A = .

р 1 р 1 р 1

             
     
 
 
 


A Рис.8. Рис.9. Рис.10.

A12

2 2 2

V V A21 V

V1 V2 V1 V2 V1 V2

Если A > 0 (цикл протекает по часовой стрелке, как показано на рис.8), то цикл называется прямым, если A < 0(цикл протекает против часовой стрелки), то цикл называется обратным.

Поскольку для кругового процесса внутренняя энергия системы не изменяется DU = 0, то первое начало термодинамики для цикла имеет вид Q = DU + A = A, где Q = Q1 - Q2, Q1 - количество теплоты, полученное системой, Q2 - количество теплоты, отданное системой. Таким образом, работа, совершенная за цикл, равна общему количеству теплоты, сообщенной газу в круговом процессе.

Введем термический коэффициент полезного действия для кругового процесса

h = A/Q1 = (Q1-Q2)/Q1 = 1-Q2/Q1.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем, если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении, и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, называется необратимым. Любой равновесный процесс является обратимым (поскольку для равновесного процесса любое промежуточное состояние есть равновесное состояние и для него безразлично, идет процесс в прямом или обратном направлении). Реальные процессы сопровождаются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и др.). Однако многие реальные процессы могут рассматриваться как обратимые.



Рассмотрим газ (рабочее тело ), заключенный в сосуде с подвижным поршнем. Прямым циклом Карно называется обратимый круговой процесс, осуществляемым таким газом (рабочим телом), и цикл Карно состоит из четырех последовательных процессов (рис.11):

1.изотермическое расширение 1®2: газ находится в тепловом контакте и равновесии с нагревателем, имеющим температуру Т1, так что от нагревателя газ получает количество теплоты Q1 и изотермически (T1=const) расширяется;

2.адиабатическое расширение 2®3;

3.изотермическое сжатие 3®4: газ находится в тепловом контакте и равновесии с холодильником, имеющим температуру Т2 (T1 > T2), так что газ отдает холодильнику количество теплоты Q2 и изотермически (T2=const) сжимается;

4.адиабатическое сжатие 4®1: газ сжимается до начального состояния 1.

Работа, которую совершает газ в равновесном прямом цикле Карно A = А12233441 = Q1-Q2,

т.е. работа, совершаемая рабочим телом в цикле Карно, меньше энергии, полученной от нагревателя на величину энергии, переданной холодильнику в форме теплоты . Рассчитав работы А12, А23, А34 и А41, можно показать, что термический КПД прямого равновесного цикла Карно h = A/Q1 = (T1-T2)/T1,

т.е. для прямого цикла Карно КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника. Для повышения КПД необходимо увеличить разность температур нагревателя и холодильника.

p p

1 1

+Q2 -Q1

2 2

Рис.11 Рис.12

 

4 3 4 3

-Q2 +Q2

V V

 

Прямой цикл Карно положен в основу работы теплового двигателя (рис.13): от нагревателя с температурой Т1 за цикл отнимается количество теплоты Q1, холодильнику с температурой Т2 < T1 передается количество теплоты Q2 (Q1 > Q2), и совершается работа A=Q1-Q2.

Обратный цикл Карно изображен на рис.12. В обратном цикле Карно T1>T2, Q2>Q1 и работа, совершаемая в одном цикле, отрицательна A = Q1-Q2 < 0. Обратный цикл Карно используется в холодильной машине (рис.14): система за цикл от холодильника c температурой Т2 отнимает количество теплоты Q2, отдает нагревателю с температурой T1 > T2 количество теплоты Q1 (Q1 < Q2), причем передача тепла от менее нагретого к более нагретому телу совершается за счет работы внешних сил над системой A = Q1 - Q2 < 0.

 

Т1 Тепловой двигатель Т2 Т1 Холодильная машина Т2

       
   


А Рис.13. А Рис.14.





Читайте также:


Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (648)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.006 сек.)