74785

Первое начало термодинамики. Круговые, обратимые и необратимые процессы. Тепловая машина Карно и ее кпд

Доклад

Физика

Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных процессов например совершения над системой работы или сообщения ей теплоты. С другой стороны температуру газа и его внутреннюю энергию можно увеличить за счет сообщения ему некоторого количества теплоты...

Русский

2015-01-05

54 KB

1 чел.

25.Первое начало термодинамики. Круговые, обратимые и необратимые процессы. Тепловая машина Карно и ее кпд.

Первое начало термодинамики

Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется лишь ее внутренняя энергия. Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных процессов, например совершения над системой работы или сообщения ей теплоты. Так, вдвигая поршень в цилиндр, в котором находится газ, мы сжимаем этот газ, в результате чего его температура повышается, т. е. тем самым изменяется (увеличивается) внутренняя энергия газа. С другой стороны, температуру газа и его внутреннюю энергию можно увеличить за счет сообщения ему некоторого количества теплоты — энергии, переданной системе внешними телами путем теплообмена (процесс обмена внутренними энергиями при контакте тел с разными температурами).

Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работе и теплоте. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения, и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения и превращения энергии; применительно к термодинамическим процессам этим законом и является первое начало термодинамики, установленное в результате обобщения многовековых опытных данных.

Допустим, что некоторая система (газ, заключенный в цилиндр под поршнем), обладая внутренней энергией U1, получила некоторое количество теплоты Q и, перейдя в новое состояние, характеризующееся внутренней энергией U2, совершила работу А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты считается положительным, когда оно подводится к системе, а работа — положительной, когда система совершает ее против внешних сил. Опыт показывает, что в соответствии с законом сохранения энергии при любом способе перехода системы из первого состояния во второе изменение внутренней энергии U=U2–U1 будет одинаковым и равным разности между количеством теплоты Q, полученным системой, и работой А, совершенной системой против внешних сил:

или

  

Уравнение (51.1) выражает первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил

Круговые, обратимые и необратимые процессы

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой (рис. 84). Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (12) и сжатия (21) газа.

Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среда и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым.

Любой равновесный процесс является обратимым. Обратимость равновесного процесса, происходящего в системе, следует из того, что се любое промежуточное состояние есть состояние термодинамического равновесия; для него «безразлично», идет процесс в прямом или обратном направлении. Реальные процессы сопровождаются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т. д.), которая нами не обсуждается. Обратимые процессы — это идеализация реальных процессов. Их рассмотрение важно по двум причинам: 1) многие процессы в природе и технике практически обратимы; 2) обратимые процессы являются наиболее экономичными; имеют максимальный термический коэффициент полезного действия, что позволяет указать пути повышения к. п. д. реальных тепловых двигателей.

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим кпд обладают обратимые машины, при этом кпд обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от конструкции машины.Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Определим его кпд.

Цикл Карно схематически изображен на рис.55, где изотермическое расширение и сжатие задано соответственно кривыми 1-2 и 3-4, а адиабатические расширение и сжатие - кривыми 2-3 и 4-1.

-кпд

для цикла Карно кпд действительно определяется только температурой нагревателя холодильника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54935. Основы потребительского поведения 63.5 KB
  Данная востребованность связана с тем что все мы в конечном итоге являемся потребителями и должны иметь представление о своих правах. Цель: Уяснение сущности и специфики потребительского поведения; Сформировать знания умения и навыки по данной теме необходимые ученику в жизни; Развить культуру экономического мышления; Задачи: Образовательные: Изучение потребительского поведения; Дать учащимся общие представления об особенностях существующей рыночной ситуации; Познакомить с потребительскими правами и услугами; Познакомить с...
54936. Напряжение. Расчет работы в электрическом поле 63.5 KB
  Цель урока: Обеспечить усвоение понятия напряжение его условного обозначения единицы в СИ понимание энергетического смысла напряжения формирование умения выделять существенные признаки понятия напряжение. Задачи Обучающие: продолжить формирование понятий напряжение работа; продолжить формирование умений и навыков решать разноуровневые задачи.
54937. Создание и форматирование списков 45.5 KB
  Цели урока: Контроль знаний и умений по темам Редактирование и форматирование текста. Задачи урока: Обучающие: сформировать представление о списках их видах; сформировать представление о создании и форматировании списков; совершенствовать культуру оформления документов; учащиеся должны знать понятия: список виды списков; учащиеся должны уметь: создавать и форматировать списки. Тип урока: комбинированный урок.
54938. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ 109.5 KB
  Задачи урока: познакомиться с процессом поглощения веществ из почвы минеральным или почвенным питанием растения ролью корневых волосков в этом процессе.
54939. Издержки производства и прибыль 24 KB
  Тип урока: обобщение и систематизация знаний Цели урока: Создать условия для: обобщения и систематизации ЗУН по теме Издержки производства деятельности учащихся по самостоятельному применению знаний и...
54940. Основы сельского хозяйства. Почвы 91 KB
  Главнейшее качество почвы плодородие то есть способность удовлетворять потребность растений в элементах минерального питания воде обеспечивать их корневые системы достаточным количеством воздуха и тепла. Плодородие почвы обусловлено запасом элемента питания их формами содержанием гумуса его составом мощностью гумусовых горизонтов механическим составом интенсивностью...
54942. Формирование игровых навыков, ловкости, целеустремленности и потребности к систематическим занятиям физической культурой 33 KB
  5 повторов Лицом друг к другу на расстоянии 89 метров передачи в парах стоя на месте изза головы без удара об пол. 5 повторов Лицом друг к другу на расстоянии 89 метров передачи в парах стоя на месте одной рукой с ударом об пол. 5 повторов Обучение и закрепления броска с 2х шагов с правой стороны. 5 повторов Обучение и закрепления броска с 2х шагов с левой стороны.
54943. Семь чудес света 26 KB
  Строительство пирамиды продолжалось около 20 лет и было закончено в 2560 году до нашей эры. Жители Каира сняли облицовку с пирамиды для того чтобы построить новые дома. Внутри пирамиды Хеопса расположены три палаты усыпальницы.