Тема 4. Термодинамические процессы

Цикл и теоремы Карно

Циклом Карно называется круговой цикл, состоящий из 2-х изотермических и из 2-х адиабатных процессов. Обратимый цикл Карно в p,υ- и T,s- диаграммах показан на

1-2 – обратимое адиабатное расширение при s₁=Const. Температура уменьшается от Т₁ до Т₂.
2-3 – изотермическое сжатие, отвод теплоты q₂ к холодному источнику от рабочего тела.
3-4 – обратимое адиабатное сжатие при s₂=Const. Температура повышается от Т₃ до Т₄.
4-1 – изотермическое расширение, подвод теплоты q₁ к горячего источника к рабочему телу.
Основной характеристикой любого цикла является термический коэффициент полезного действия (т.к.п.д.).

h_t = L_ц / Q_ц, или

h_t = (Q₁ – Q₂) / Q₁.

Для обратимого цикла Карно т.к.п.д. определяется по формуле:

h_tк = (Т₁ – Т₂) / Т₁

Отсюда следует 1-я теорема Карно:
"Термический к.п.д. обратимого цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела и определяется только температурами источников".
Из сравнения произвольного обратимого цикла и цикла Карно вытекает 2-я теорема Карно:
"Обратимый цикл Карно является наивыгоднейшим циклом в заданном интервале температур"
Т.е. т.к.п.д. цикла Карно всегда больше т.к.п.д. произвольного цикла:
h_tк > h_t.

4.1. Метод исследования т/д процессов

Как сказано выше первый закон т/д устанавливает взаимосвязь между количеством теплоты, внутренней энергией и работой. При этом, количество теплоты подводимое к телу или отводимое от тела зависит от характера процесса.
К основным т/д процессам относятся: изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный.
Для всех этих процессов устанавливается общий метод исследования, который заключается в следующем:

· выводится уравнение процесса кривой Pυ и TS – диаграммах;

· устанавливается зависимость между основными параметрами рабочего тела в начале и конце процесса;

· определяется изменение внутренней энергии по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа:

Du = с_vм|₀^t2·t₂ - с_vм|₀^t1·t₁

или при постоянной теплоемкости DU = m·с_v·(t₂ - t₁); вычисляется работа: L = P·(V₂ – V₁);

определяется количество теплоты, участвующее в процессе:

q = c_x·(t₂- t₁);

определяется изменение энтальпии по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа:

Di = (i₂ – i₁) = с_pм|₀^t2·t₂ – с_pм|₀^t1·t₁,

или при постоянной теплоемкости:

Di = с_p·(t₂ – t₁);

определяется изменение энтропии:

Ds = c_v·ln(T₂/T₁) + R·ln(υ ₂/υ ₁);
Ds = c_p·ln(T₂/T₁) - R·ln(P₂/P₁);

Ds = c_v·ln(T₂/T₁) + c_p·ln(υ ₂/υ ₁).

Все процессы рассматриваются как обратимые.

Дата добавления: 2015-05-09