Принцип действия тепловой машины. Второй закон термодинамики

Первый закон термодинамики

Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

Рисунок 2.2.2 - Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы.

Первый закон термодинамики:

Теплота Q, переданная системе, частично расходуется на увеличение внутренней энергии этой системы ∆U, а частично – на совершение этой системой работы А.

или .

Другая форма записи:

.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать часть полученного количества теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. Тепловой резервуар с более высокой температурой, передающий теплоту тепловому двигателю, называется нагревателем, а забирающий остатки тепла с целью вернуть рабочее тело в исходное состояние – холодильником. Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т.д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется.

Рисунок 2.2.3 - Энергетическая схема теплового двигателя.

Полезную работу, совершенную тепловым двигателем за один цикл, можно найти, как площадь, ограниченную графиком процесса на плоскости pV.

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется отношение полезной работы, совершенной двигателем, ко всей энергии Q ₁, полученной при сгорании топлива (то есть от нагревателя):

, где

h - КПД теплового двигателя,

Q₁ – теплота нагревателя,

Q₂ – теплота холодильника,

А – полезная работа.

Наибольшим среди тепловых машин КПД при заданных температурах нагревателя и холодильника обладает тепловая машина, работающая по циклу Карно. КПД цикла Карно равен:

Рисунок 2.2.4 - Цикл Карно.

, где

T ₁ – температура нагревателя,

T ₂ – температура холодильника.

ЗАДАЧА 2.6

Идеальный двигатель получает от нагревателя 0,8 МДж и отдает холодильнику 0,4 МДж теплоты. Вычислите КПД такого двигателя.

Дано:	Решение
= 0,8 МДж = 0,8×10^6 Дж = 0,4 МДж = 0,4×10^6 Дж	=
=?
Ответ: КПД теплового двигателя =0,5.

Второе начало термодинамики было сформулировано Р. Клаузиусом следующим образом: невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии путем теплообмена от холодного тела к горячему.

Дата добавления: 2014-11-07