Второй закон термодинамики. Второй закон термодинамики устанавливает направление протекания самопроизвольных тепловых процессов в природе и определяет условия превращения теплоты в

Второй закон термодинамики устанавливает направление протекания самопроизвольных тепловых процессов в природе и определяет условия превращения теплоты в работу. Закон утверждает, что теплота в природе самопроизвольно переходит только от тел более нагретых к менее нагретым.

В соответствии со вторым законом термодинамики для превращения теплоты в работу в любом тепловом двигателе необходимо иметь два тела с различными температурами. Более нагретое тело будет источником теплоты для получения работы, менее нагретое – теплоприемником. При этом к. п. д. теплового двигателя всегда будет меньше единицы.

Второй закон динамики математически может быть выражен:

Где dS – бесконечно малое приращении энтропии системы;

dQ – бесконечно малое количество теплоты, полученной системой от источника теплоты;

T - абсолютная температура источника теплоты.

Знак неравенства соответствует необратимым процессам, а равенства - обратимым. Следовательно, аналитическое выражение второго закона термодинамики для бесконечно малого обратимого процесса примет вид

dQ=TdS

а т.к. согласно первому закону термодинамики

dQ=dU+pdV

то

TdS=dU+pdV.

Цикл Карно и его свойства.

Цикл Карно. Состоит из двух изотерм и двух адиабат. Этот цикл представляет собой замкнутый процесс, совершаемый рабочим телом в идеальной тепловой машине при наличии двух источников теплоты: нагревателя и холодильника.

Цикл Карно в pv -диаграмме

Процессы 1—2 и 3—4 являются изотермическими, а 2—3 и 4—1 — адиабатными. Начальная температура рабочего тела в цикле принимается равной температуре нагревателя T₁. При изотермическом расширении от состояния 1 до состояния 2 рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q₁ при температуре T₁. На участке 2—3 рабочее тело адиабатно расширяется. При этом температура рабочего тела понижается от T₁ до T₂, а давление падает от p₂ до p₃. При сжатии по изотерме 3—4 от рабочего тела отводится к холодильнику количество теплоты q₂ при температуре T₂. Дальнейшее сжатие по адиабате 4—1 приводит к повышению температуры рабочего тела от T₂ до T₁, а рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Суммарная работа цикла l_ц графически изображается площадью 12341.

Термический к. п. д. цикла:

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла Карно

Термический к.п.д. цикла:

Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме состоит из двух адиабат и двух изохор

Характеристики цикла:

-степень сжатия

степень повышения давления

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла

Термический к.п.д. цикла:

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении состоит из двух адиабат, одной изобары и одной изохоры.

Характеристики цикла:

-степень сжатия

степень предварительного расширения.

Количество подведённой теплоты:

Количество отведённой теплоты:

Работа цикла

Термический к.п.д. цикла:

Цикл с комбинированным подводом теплоты состоит из двух адиабат, двух изохор и одной изобары

Характеристики цикла

;;

Количество подведённой теплоты

Количество отведённой теплоты

Термический к.п.д. цикла

Таблицы водяного пара.

Перегретый пар или насыщенный пар по своим свойствам значительно отличаются от идеальных газов. Уравнения для состояния паров весьма сложны и в расчётной практике не применяются. Для практических целей используют таблицы и диаграммы, составленные на основании опытных и теоретических данных. Таблицы составлены с высокой степенью точности для перегретых и насыщенных паров до температуры 1000⁰С и давления 98,0 Мпа.

В таблицах для насыщенного пара приведены температуры насыщения, давления, значения удельных объёмов, энтальпия и энтропия жидкости и сухого пара, теплота парообразования. В таблицах перегретого пара приведены для различных давлений и температур величины основных параметров: удельный объём, энтальпия и энтропия.

i – S диаграмма водяного пара.

Большим достоинством is диаграммы является то, что техническая работа и количество теплоты, участвующие в процессах, изображаются отрезками линий, а не площадями. При построении is- диаграммы по оси ординат откладывается удельная энтальпия пара, а по оси абсцисс – удельная энтропия. За начало координат принято состояние воды в тройной точке, где,.

Пользуясь данными таблиц водяного пара, на диаграмму наносят пограничные кривые жидкости и пара, сходящиеся в критической точке К. Пограничная кривая жидкости выходит из начала координат, т.к. в этой точке энтропию и энтальпию принимают равной нулю. Состояние воды отмечают точками на соответствующих изобарах. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми наклонными линиями расходящимися веером от пограничной кривой жидкости. В изобарном процессе:

или

Угловой коэффициент наклона изобары к оси абсцисс в каждой точке диаграммы числено равен абсолютной температуре данного состояния. Т.к. в области влажного пара изобара совпадает с изотермой, то согласно последнему уравнению изобары влажного пара являются прямыми линиями:

, а это и есть уравнение прямой линии. В области перегретого пара изобары имеют кривизну с выпуклостью, обращённой вниз. В области влажного пара наносится сетка линий постоянной сухости пара (x=const) которые сходятся в критической точке К.

Изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами. В области перегретого пара они расходятся: изобары поднимаются вверх, а изотермы представляют собой кривые линии, обращённые выпуклостью вверх. На диаграмму наносят сетку изохор, которые имеют вид кривых, поднимающихся более круто вверх по сравнению с изобарами. Обратимый адиабатный процесс изображается вертикальной прямой. Область лежащая ниже изобары тройной точки изображает состояния смеси пар + лёд.

Дата добавления: 2015-05-09