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

3 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

69605. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО КОЕФФИЦИЕНТА ВЫТЯЖКИ 1.65 MB
  Цель, работы: Изучение способа превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полой изделие и знакомство с устройством штампа. Определение предельного коэффициента вытяжки для 1-й операции и максимально допустимого значения диаметра заготовки.
69606. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ СВАРНОГО ШВА ПРИ СВАРКЕ НАКЛОННЫМ ЭЛЕКТРОДОМ 1.95 MB
  Цель работы - ознакомиться с оборудованием поста механизированной сварки наклонным электродом и пучком электродов, выяснить влияние режима дуговой сварки наклонным электродом на изменение формы и размеров шва.
69607. Определение свободной линейной усадки некоторых литейных сплавов 162 KB
  Краткие теоретические сведения Усадка это свойство металлов и сплавов уменьшать линейные размеры отливки в процессе ее охлаждения после кристаллизации до нормальной температуры. литейная форма не будет препятствовать усадке отливки и усадка будет свободной линейной.
69610. АНАЛИЗ СИСТЕМНЫХ ТРЕБОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА UML ДИАГРАММ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО УРОВНЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРЫ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ 49.55 KB
  Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение системы или то что система должна делать. Диаграмма стойкости Способ дальнейшей детализации модели прецедентов Диаграмма последовательностей Диаграммы последовательности используются для моделирования взаимодействия...
69611. РАЗРАБОТКА UML ДИАГРАММ ЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТНЫХ ПРОГРАМНЫХ РЕШЕНИЙ: МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ 45.71 KB
  Описывает структуру системы показывая её классы их атрибуты и операторы а также взаимосвязи этих классов. Диаграмма объектов Они показывают множество объектов экземпляров классов изображенных на диаграмме классов и отношений между ними в некоторый момент времени.
69612. РАЗРАБОТКА UML ДИАГРАММ ЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТНИХ ПРОГРАММНЫХ РЕШЕНИЙ (КПР): МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ 45.05 KB
  Диаграмма состояний Показывает как объект переходит из одного состояния в другое. Диаграмма активности Используются для визуализации алгоритмов программы. Диаграмма кооперации Показывает поток сообщений между объектами системы и основные ассоциации между ними...
69613. Разработка спецификации системных требований в процессе проектирования ПО 16.6 KB
  Разработка программного обеспечения для изучения динамического хаоса Прецедент: Решение задач для одномерных отображений Заинтересованные личности прецедента и их требования студент: изучить и получить первичные знания о динамическом хаосе преподаватель: обучить студентов с помощью программы.