Термодинаміка

Оборотні процеси. Оборотним процесом називається процес, який можна провести у зворотному напрямку таким чином, щоб система пройшла через ті самі стани, що й при прямій ході, але в зворотній послідовності. Оборотні процеси мають таку властивість: якщо при прямій ході система отримувала теплоту dQ і виконувала роботу dA, то при зворотній ході система віддає тепло dQ¢= dQ і над нею виконується робота dA¢= dA.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплової машини. Термодинаміка виникла спочатку як наука про теплові машини. Теплова машина – це пристрій, який перетворює теплову (внутрішню) енергію у механічну роботу. Будь-яка теплова машина являє собою систему, що виконує певний круговий процес (цикл) і складається з робочої речовини, нагрівача і охолоджувача (див. рис. 22). У ході циклу робоча речовина спочатку розширюється, а потім знову стискається. Щоб робота за цикл була позитивна, при розширені робочій речовині надається теплота Q₁, а при стисканні – відбирається теплота Q₂. Різниця між теплотою отриманою і відданою робочою речовиною перетворюється у корисну роботу.

Коефіцієнт корисної дії теплової машини

. (2.27)

Рис. 22

Другий закон термодинаміки. Якщо перший закон термодинаміки встановлює кількісні співвідношення у теплових процесах, то другий закон вказує направленість цих процесів.

Не можливі процеси, єдиним і кінцевим результатом яких був би перехід тепла від тіл менш нагрітих до тіл більш нагрітих.

Якщо перехід тепла від менш нагрітих тіл до більш нагрітих не є єдиним кінцевим результатом цього процесу, то такий перехід можливий, наприклад у холодильній камері, де тепло переходить від менш нагрітих тіл до більш нагрітих, але при цьому виконується робота.

Цикл Карно. З другого закону термодинаміки випливає, що єдиним оборотним процесом, який супроводжується теплообміном з тепловим резервуаром з постійною температурою, є ізотермічний процес, що протікає при температурі резервуара.

Отже оборотний цикл, у ході якого система вступає у теплообмін з двома тепловими резервуарами, повинен складатися з двох ізотерм і двох адіабат. Адіабати йдуть крутіше ізотерм і замикають дві ізотерми у цикл. Такий цикл було введено в розгляд Карно і він отримав його ім’я (див. рис. 23), а теплова машина, яка працює за циклом Карно, називається ідеальною тепловою машиною.

Рис. 23

ККД циклу Карно визначається формулою

, (2.28)

де T₁ – температура нагрівача; T₂ – температура охолоджувача.

Дата добавления: 2014-01-04