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

21616. Вычисления с использованием функций в MS Excel 276.5 KB
  Можно задавать ссылки на ячейки других листов той же книги и на другие книги. Ссылки на ячейки других книг называются связями. С использованием мыши выделяют ячейки включаемые в формулу. Ячейки использованные в формуле выделены цветной рамкой а ссылки на эти ячейки в формуле шрифтом того же цвета.
21617. Графические возможности Microsoft Excel 754 KB
  В окне Добавление рисунка рис.1 следует перейти в папку в которой расположен файл рисунка и дважды щелкнуть мышью по значку эскизу файла. Выбор файла рисунка Напрямую или с использованием специальных графических фильтров можно вставлять графические файлы многих распространенных форматов.
21618. Настройка и редактирование диаграмм 630 KB
  Элементы диаграммы Выделение элементов диаграмм При выделении элементов диаграммы можно использовать мышь. Для выделения элементов можно также использовать раскрывающийся список Элементы диаграммы панели Диаграммы рис. Выделение элементов диаграммы Изменение размеров диаграммы Изменение размеров всей диаграммы Диаграмма созданная на листе с данными первоначально имеет размер по умолчанию примерно в четверть видимой части листа. В большинстве случаев этот размер недостаточен для удобного просмотра и оформления диаграммы.
21619. Организация данных на листе 433 KB
  Даны рекомендации по размещению таблиц на листах. Описаны возможные действия с листами книги и особенности их выполнения. Согласно определению список это набор строк листа содержащий однородные данные; первая строка в этом списке содержит заголовки столбцов остальные строки содержат однотипные данные в каждом столбце.
21620. Оформление таблиц в Excel 345 KB
  Для ячеек в которых установлено выравнивание по левому краю отступы задаются от левого края ячейки. Для ячеек в которых установлено выравнивание по правому краю и отступы задаются от правого края. Для выравнивания по ширине необходимо выполнить команду Формат Ячейки или щелкнуть по выделенной области правой кнопкой мыши и выполнить команду контекстного меню Формат ячеек. Во вкладке Выравнивание диалогового окна Формат ячеек рис.
21621. Печать документов Предварительный просмотр листа 442.5 KB
  К сожалению не дает достаточного представления и режим просмотра Разметка страницы. Если выделено несколько рабочих листов то при нажатии кнопки Далее по достижении последней страницы текущего листа отображается первая страница следующего выделенного листа. Если выделено несколько рабочих листов то при нажатии кнопки Назад по достижении первой страницы текущего листа отображается последняя страница предыдущего выделенного листа. Перейти из полностраничного режима просмотра в режим увеличения и обратно можно также щелкнув мышью в любой...
21622. Просмотр документов в MS Excel 487 KB
  Показаны приемы перемещения по ячейкам листа и между листами книги. Показаны возможности скрытия и отображения столбцов и строк листа одновременного просмотра различных частей листа. Указаны способы выделения фрагментов листа. Просмотр документа Изменение режима просмотра листа Для изменения режима просмотра листа используют команды меню Вид.
21623. Редактирование документов в MS Word 612.5 KB
  Показаны возможности поиска и замены текста использования синонимов. Работа с текстом Выбор языка Выбор языка текста определяет возможность автоматической проверки правописания и расстановку переносов. При вводе текста в русской раскладке устанавливается русский язык при вводе текста в английской раскладке английский США.
21624. Оформление текста документа Word 606 KB
  Описаны основные характеристики шрифта размер гарнитура цвет начертание подчеркивание и способы их установки. Основы оформления текста документа Для оформления документа используют панель инструментов Форматирование и команды меню Формат рис. Рис. Панель инструментов и меню используемые для оформления документа Установка основных параметров шрифта Шрифт Шрифт определяет внешний вид символов текста рис.