Круговые процессы

Непрерывное превращение теплоты в работу(или работы в теплоту, холод) может быть осуществлено только с использованием замкнутых(«круговых») прямых циклов(по часовой стрелке(или обратных - против часовой стрелки).

На рис. представлены замкнутые круговой и циклический регенеративный (обобщённый Карно) циклы.

Классическая формулировка второго начала термодинамики, в соответствии с постулатом Клаузиуса, - теплота не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой без компенсации.

Если в соответствии с 1 началом(законом сохранения и превращения энергии) отвергается возможность создания вечного двигателя, то в соответствии со 2 началом отвергается возможность создания вечного двигателя второго рода как тепловой машины непрерывного действия, которая бы осуществляла преобразование подводимой в неё теплоты без компенсации в полезную работу.

Создание вечного двигателя второго рода невозможно в связи с требованием оснащения этого двигателя низкопотенциальным приёмником теплоты, в качестве которого в земных условиях выступает окружающая среда: атмосфера, гидросфера, литосфера, космос, имеющие фиксированные значения температуры.

В соответствии с постулатом Томсона(Кельвина) получение работы только в процессе охлаждения высокопотенциального источника невозможно. Для этого требуется также использование других термодинамических процессов, действий, которые достигаются путём создания конкретных конструкций машин, обеспечивающих работу по замкнутым(круговым, дискретным) циклам. При совершении же любого замкнутого цикла только часть подведенной в цикл энергии в форме теплоты может быть преобразована в работу.

Последнее связано с понятиям обратимости и необратимости тепловых процессов и циклов.

Обратимые процессы и циклы совершаются в условиях термодинамического равновесия с окружающей средой. Обратимые процессы бывают:

термические, когда обмен теплотой между телом и ОС осуществляется при бесконечно малом изменении температуры;

механические, когда обмен работой между телом и ОС осуществляется при бесконечно малом изменении давления и полностью обратимые, когда обмен теплотой и работой между телом и ОС осуществляется соответственно при бесконечно малом изменении температуры и давления.

Необратимые(все реальные) процессы, как тепловые, так и механические, сопровождаются диссипацией, деградацией, утратой части теплоты или работы.

При термически необратимых процессах деградирует теплота и снижается её количество для превращения в полезную работу.

При механически необратимых процессах деградирует, превращаясь в теплоту, получаемая работа, и только часть её может быть превращена в полезную работу.

На приведенных ниже рисунках работа, затрачиваемая в процессе адиабатического сжатия, всегда будет больше работы адиабатического расширения, а полученная разность работы сжатия и расширения равняется выделенной в результате теплоте. Появление теплоты однозначно характеризует наличие необратимого процесса, т.е. утрату части подведенной в процесс работы.

СЖАТИЕ РАСШИРЕНИЕ

l₂

р T

		q ц

l_ц

v₁ v₂ v s₁ s₂ s

Обобщённый цикл Карно(ОЦК)

ОЦК отличается от известного цикла Карно(ЦК) тем, что в нём адиабатические процессы, протекающие по эквидистантным(экви – равно, дистанция – расстояние; эквидистантные - равноотстояшие) линиям между изотермами, заменены на два других термодинамических процесса, также протекающих по эквидистантным линиям, например, изобарических, изотермических.

ОЦК обладает рядом практических преимуществ перед ЦК:

1. Теоретически имеет ту же величину и рассчитывается по той же формуле, что и КПД ЦК.

2. Может быть практически реализован в соответствующих конструкциях тепловых машин, так как ОЦК имеют значительно меньшие величины максимальных давлений в цилиндре двигателя.

3. Обеспечение сопоставимого значения КПД в ОЦК и ЦК достигается использованием в ОЦК регенерации теплоты в процессе расширения и использования её в процессе подвода теплоты в следующем цикле.

В реальном же процессе, в отличие от ЦК, процесс регенерации сопровождается диссипацией теплоты в регенераторе, что будет способствовать уменьшению КПД ОЦК.

Дата добавления: 2014-01-15