![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Описание цикла Карно
Вопрос Вопрос Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, проходя через ряд состояний, возвращается в первоначальное. На диаграмме цикл изображается замкнутой кривой (рис. 1). Цикл, который совершает идеальный газ, можно разбить на процессы расширения (1—2) и сжатия (2—1) газа. Работа расширения (равна площади фигуры 1a2V2V11) положительна (dV>0), работа сжатия (равна площади фигуры 2b1V1V22) отрицательна (dV<0). Следовательно, работа, которую совершает газ за цикл, равен площади, охватываемой замкнутой кривой. Если за цикл совершается положительная работа A=∫pdV>0 (цикл идет по часовой стрелке), то он называется прямым (рис. 1, а), если за цикл осуществляется отрицательная работа A=∫pdV<0 (цикл идет против часовой стрелки), то он называется)
Термодинамический процесс называется обратимым, если он может осуществляться как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс осуществляется сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в первоначальное состояние, то в окружающей среда и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым. указать пути повышения КПД реальных тепловых двигателей. Н.Л.С. Карно (1796-1832) - французский физик, инженер, показал, что для работы теплового двигателя необходимо не менее двух источников теплоты с различными температурами, иначе это противоречило бы второму началу термодинамики.
Принцип действия теплового двигателя приведём на примере (рис.1): от термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q 1, а термостату с более низкой температурой Т 2, называемому холодильником, за цикл передаётся количество теплоты Q 2, при этом совершается работа A = Q 1 - Q 2.
Процесс, обратный происходящему в тепловом двигателе, используется в холодильной машине, принцип действия которой представим на примере (рис.2): системой за цикл от термостата с более низкой температурой T 2 отнимается количество теплоты Q 2 и отдаётся термостату с более высокой температурой T 1 количество теплоты Q 1. Для кругового процесса Q=A, но по условию, Q=Q 2 -Q 1<0, поэтому A<0 и Q2-Q 1=- A или Q1=Q 2 +A, т. е. количество теплоты Q 1, отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре T 1, больше количества теплоты Q 2 полученного от источника теплоты при более низкой температуре T 2, на величину работы, совершенной над системой. Следовательно, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать её более нагретому. Это утверждение есть не что иное, как второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса.
Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (T 1) и холодильников(T 2), наибольшим к.п.д. обладают обратимые машины; при этом к.п.д. обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (T 1) и холодильников (T 2) равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегося энергией с другими телами), а определяются только температурами нагревателя и холодильника.Карно теоретически проанализировал обратимый наиболее экономичный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Его называют циклом Карно.Рассмотрим принцип действия изотермического и адиабатического процессов. При изобарическом расширении только часть получаемого телом тепла тратится на работу. Остальная часть переходит во внутреннюю энергию. Если работа, совершенная газом, точно равна поглощенному теплу, то внутренняя энергия газа остаётся без изменения. Температура при этом тоже не будет меняться. Такой процесс называется изотермическим.Теплоотдача - не единственный способ увеличения внутренней энергии газа. Её можно увеличить, сжимая газ. Если такое сжатие или расширение не сопровождается передачей тепла каким-либо телам, то процесс называется адиабатным. При адиабатном процессе работа сжатия целиком переходит во внутреннюю энергию тела. Полностью устранить теплообмен газа с окружающими телами невозможно. Но можно вести сжатие в условиях, когда этим теплообменом можно пренебречь. Так, если быстро сжать газ в каком-либо объеме, то теплоотдачей через стенки объема можно пренебречь, а процесс можно считать адиабатным.Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.Цикл Карно можно изобразить на графике (рис.3), где изотермические расширение и сжатие заданы соответственно кривыми 1-2 и 3-4, а адиабатические расширение сжатие - кривыми 2-3 и 4-1. При изотермическом процессе U=const, поэтому количество теплоты Q 1, полученное газом от нагревателя, равно работе расширения A 12, совершаемой газом при переходе из состояния 1 в состояние 2:
Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. Цикл Карно назван в честь французского военного инженера Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.
Цикл Карно в координатах P и V Цикл Карно в координатах T и S Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой Цикл Карно состоит из четырёх стадий:
При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия:
Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 4066; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |