Внутренняя энергия рабочего тела зависит только от его термодинамического состояния

Поэтому полное изменение внутренней энергии рабочего тела в результате кругового процесса равно нулю

Следовательно, для любого цикла, по первому началу термодинамики, должно выполняться равенство Q = A

где Q — общее количество теплоты, сообщенное рабочему телу в данном цикле

А — работа, совершаемая за цикл рабочим телом.

В прямом цикле Q>0, т.е. к рабочему телу подводится больше теплоты, чем от него отводится. Соответственно за цикл совершается положительная работа А = Q.

В обратном цикле Q<0, и за цикл внешние силы совершают работу А'= - А>0.

Периодически действующий двигатель, который совершает работу за счет получаемого из вне тепла, называется тепловой машиной.

Не все получаемое системой тепло Q ₁ идет на получение полезной работы, часть его Q ₂ ^/ должна быть возвращена во внешнюю среду.

Очевидно, чем меньше Q ₂ ^/, тем машина выгоднее. Эффективность теплового двигателя определяется его КПД.

Если цикл, изображенный на рисунке, обратить, то получится цикл холодной машины. Она отбирает от тела с температурой T ₂ тепло Q ₂,и отдает телу с более высокой температурой T ₁ тепло Q ₁^/.

Для работы теплового двигателя необходимо наличие двух резервуаров - с более высокой температурой T ₁ - нагреватель, он передает рабочему телу двигателя тепло Q ₁, и с менее высокой температурой T ₂, холодильник, которому двигатель отдает тепло Q₂ ^/.

Для цикла на рисунке если процесс совершается по часовой стрелке, то работа, производимая двигателем за цикл, А > 0.

p

Пусть — поглощенное тепло, - отдаваемое тепло (Q >0). Опыт показывает, что тепло неизбежно существует в любом тепловом двигателе (как тепловой «шлак»).

По первому началу термодинамики за цикл приращение внутренней энергии рабочего вещества Δ U = 0, поэтому А = -.

Коэффициент полезного действия тепловой машины h определяется выражением:

. (1)

Значение η = 1 запрещено вторым началом термодинамики.

Запреты, устанавливаемые вторым началом термодинамики, становятся понятными с открытием новой термодинамической величины — энтропии — и раскрытием ее физического смысла.

Если обратить цикл, показанный на рисунке, получится цикл холодильной машины. Такая машина отбирает за цикл от тела с температурой Т₂ количество тепла и отдает телу с более высокой температурой Т₁ количество тепла . Над машиной за цикл должна совершаться работа А. Эффективность тепловой машины характеризуют её холодильным коэффициентом, который определяют как отношение отнятого от охлаждаемого тела тепла к работе А, которая затрачивается на приведение машины в действие.

Холодильный коэффициент равен =

Дата добавления: 2014-01-11