Цел: Да се разбере същността на концепцията за топлинна ефективност, теоретичния цикъл на Карно и естеството на втория закон на термодинамиката.
1, основните разпоредби на втория закон на термодинамиката, специален случай на общия закон за запазване и преобразуване на енергия, се посочва, че топлината може да бъде превърната в работа и работа в топлина, без да се установяват условията, при които са възможни тези трансформации.
Той не разглежда въпроса за посоката на топлинния процес, без да знаят за тази тенденция, не е възможно да се предскаже по своя характер и резултати.
Например, първият закон не се отнася до въпроса дали извършеното промяната от топлината на горещ към студено и обратно. Ежедневните наблюдения и експерименти показват, че самата топлина може да се движи само на топъл тялото на по-студена. пренос на топлина от загрява тялото на околната среда ще се случи преди пълното температура равновесие с околната среда. Само поради разходите за експлоатация може да промени посоката на движение на топлина.
Тази топлина имот рязко го отличава от работа.
Работата, както и всички други форми на енергия, участващи във всеки процес, който е лесно и напълно се превръща в топлина. Пълен transformability на работа в топлина е известно, че човек в древни времена, когато тя е била производство на огън чрез триене на две парчета дърво. Процеси на работа преобразуване на топлина непрекъснато се срещат в природата: износване, it.d. въздействие
Съвсем по различен начин се държи на топлина, като например в топлинните двигатели. Превръщането на топлината в работа се извършва само ако температурната разлика между източник на топлина и радиатор. Когато всичко е топлината може да се превръща в работа.
От горното следва, че между превръщането на топлината в работа и обратно, има дълбока разлика. Законът позволява да определите посоката на топлинния поток и определяне на максималната възможна граница на превръщането на топлината в работа в двигател с вътрешно горене е нов закон, получен от опит. Това е вторият закон на термодинамиката, който има общ стойност за всички tipovyhprotsessov.Vtoroy закон на термодинамиката не се ограничава само до областта; се използва в по физика, химия, биология, астрономия и други.
През 1824 година, Сади Карно, френски инженер и учен, в обсъждането на двигателната сила на огъня и разказа същността на втория закон. Той пише: "Където има температурна разлика, може да се появи на външния вид на движеща сила. Движещата сила на топлината не зависи от средствата взети за неговото развитие: му размер, определен от температурата само органи, между които в крайна сметка за пренос на топлина се извършва. Температурата на газ трябва да бъде толкова висока, колкото е възможно първоначално да се получи значително развитие движеща сила. Поради тази причина, охлаждане трябва да бъде колкото е възможно повече. Невъзможно е да се надяваме, дори и когато - или на практика да използва цялата движеща сила на горивото ".
В 50 от последния век hgodov Клаузиус бе дадена на най-често срещаните и модерна форма на втория закон на термодинамиката като следните постулати: "Heat не може да премине от студено тяло към по-топло самата безвъзмездно процес (без право на обезщетение)."
Клаузиус постулат трябва да се разглеждат като експериментален закон, получени от наблюдения на природата. Заключение Клаузиус е направено във връзка с изкуството, но се оказа, че на втория закон по отношение на физични и химични явления и вярна. В постулат на Клаузиус, както и всички други форми на втория закон, изразява един от основните, но абсолютните законите на природата, тъй като тя е формулирана във връзка с предмета на дейност краен размер в условията на околната среда на земята.
Едновременно с Клаузиус през 1851 г., Thomson беше предложена друга формулировка на втория закон на термодинамиката, което означава, че не всички топлината, получена от teplootdatchika може да ходи на работа, но само някои от тях. Някои от топлината трябва да отиде в радиатора.
Следователно, за работата, е необходимо да има източник на топлина с висока температура, или teplootdatchik и източник на топлина при ниска температура, или радиатор. В допълнение, Thomson постулира показва, че за изграждане на вечен двигател, който ще създаде работни места чрез използването на само един от вътрешната енергия на моретата, океаните, въздухът не е възможно. Тази ситуация може да се определи като втория закон на термодинамиката :. "Изпълнение на вечен двигател от втори вид е невъзможно" Под постоянно движение на втория вид се разбира такъв двигател, който е способен да превърне цялата операция цялата топлина в резултат само от един източник. В допълнение, има също се очертава няколко формулировки на втория закон на термодинамиката, които, всъщност, не носят нищо ново и поради това не е показано.
2 Thermal ефективност и хладилни ефективност.
Съотношението на определено количество топлина превръща в положителна работа за цикъл, за всички специфични количеството топлина, подавана към работния флуид, наречена топлинна ефективност.
Стойност е показателно за перфектна ефективност на цикъла на топлинен двигател. Колкото по-голяма ефективност, по-голям дял на топлина количество се превръща в полезна работа. Топлинната ефективност на цикъла е винаги <1,и мог бы быть равен 1, если бы q1=
3 теорема на Карно: "В процес на топлинна енергия на затворен цикъл може да се движи в механична работа, само ако температурната разлика между получаването на топлина и teplootdatchikami. Колкото по-висока тази разлика е, толкова по-висока ефективност на цикъла на топлинен двигател ".
Фигура 4.1 - циркуляр цикъл топлинен двигател
Разширяване на работния флуид протича при по-ниска температура от работата на сгъстяване и разширение, получен по-малко от работата на компресия. Такъв процес може да се постигне само при разход на външна работа.
В обратна цикъл на радиатора се прилага до стайна температура специфично количество топлина
Степента на съвършенството обратен цикъл определя от т.нар цикъл коефициент охлаждане.
4 Директен обратим цикъл на Карно.
Фигура 4.3 - Direct цикъл на Карно
Състои се от 2 adiabats и 2 изотерми. Първо, в процеса на изотермично разширяване е обратимо топлина доставя до стайна температура teplootdatchika от постоянна температура. След това, по обратим процес адиабатно разширение температура ↓ стайна температура до температурата на нагряване. Освен това, процесът на обратима изотермични при температура на отнемане на топлина се осъществява чрез топлина стайна температура към него. Затварянето процес цикъл е адиабатен процес, където температура RT ↑ стайна температура до началната и Той се връща в първоначалното си състояние.
По време на целия цикъл на RT Това бе съобщено от teplootdatchika определено количество Q1 на топлинна енергия и топлина, запазено в конкретна сума Q2.
Като се има предвид, че и, или
2.
3.
4.
Фигура 4.4 - Reverse цикъл на Карно
Карно цикъл може да се случи не само в посока напред, но в обратна посока. Машина работи по обратния цикъл, наречен чилър. R. т. 1 от началната точка се разширява чрез адиабатно (1-2), където
5 Математически израз на втория закон на термодинамиката
Ние считаме, че отделно изразяването на втория закон за обратими и необратими цикли.
За обратими цикли:
Ефективност на изразяване, то следва, че
Тази констатация може да се използва за всеки цикъл. За прекъсване на цикъла adiabats безкрайно голям брой елементарни цикъла и всеки цикъл може да се счита елементарен цикъл на Карно. За всеки елементарен цикъл равенство (4.1), а за целия цикъл на случаен принцип
Уравнение (4.2) се получава Clausius математически израз на втория закон на термодинамиката и нарича Clausius първия неразделна.
За необратими цикли:
Моля, имайте предвид, че ефективността на необратим цикъл винаги е по-малко обратими, т.е.
следователно
От последното уравнение следва, че алгебричната топлината е по-малко от нула, или
Тази констатация може да се използва за всеки цикъл. За прекъсване на цикъла adiabats безкрайно голям брой елементарни цикъла и всеки цикъл може да се счита елементарен цикъл на Карно. За всеки елементарен цикъл равенство (4.3), както и за всички случаен цикъл
Уравнение (4.4) се получава чрез Клаузиус е математически израз на втория закон на термодинамиката и призова първия интеграл от Клаузиус.
Ние съчетаваме уравнения (4.2) и (4.4) и се получи
Уравнение (4.5) е общ израз на втория закон на термодинамиката. Знак за равенство се отнася за обратими цикли и неравенство - в необратими цикли.
1. Кои са някои от формулировките на втория закон на термодинамиката?
2. Какъв е топлинната ефективност?
3. Какво е коефициент на преобразуване?
4.Какво предполага, теорема на Карно?
5.Iz какви процеси е директен цикъл на Карно?
6. Какви са процесите е обратен цикъл на Карно?
7.Why топлинна ефективност не може да бъде повече от един?
8.Opishite първия интеграл на Клаузиус?
9.Opishite втората интегрална Клаузиус?
10. Каква е намалена жегата?
Свързани статии