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

38872. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДИПЛОМНЫХ РАБОТ 619.5 KB
  Дипломная работа - выпускная квалификационная работа студента, предназначенная для объективного контроля степени сформированности знаний, умений и навыков решать задачи по видам профессиональной деятельности, установленным образовательным стандартом специальности, и предусматривающая проведение анализа и разработки актуальных вопросов, проблем в соответствующей области знаний согласно требованиям задания на выпускную квалификационную работу.
38873. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання розділу «ОХОРОНА ПРАЦІ » в дипломних проектах 406 KB
  Передбачити в технологічних цехах та відділеннях де може статися вибух пожежа отруєння людей відділення отримання спирту та інші аварійне освітлення. Основними організаційними заходами є: експлуатація обладнання у відповідності з технічними характеристиками згідно паспорту заводувиробника; проведення своєчасного профілактичного ремонту обладнання; розміщення обладнання з підвищеним рівнем шуму і вібрації в ізольованому приміщенні дробильнопресове відділення; дотримання режимів праці та відпочинку; використання...
38874. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ЩОДО ВИКОНАННЯ дипломної роботи 200.5 KB
  Мета роботи – презентація студентом вміння виконувати наукове дослідження з теорії та вміння використовувати теоретичні знання для вирішення конкретних практичних завдань, а також виявлення ступеня підготовки випускника до самостійної практичної діяльності.
38875. Производство леворина. Ферментация с получением мицелиальной массы 295 KB
  Массовая доля основного вещества не менее 985; 2.Массовая доля влаги не более 05; 3.Массовая доля веществ нерастворимых в соляной кислоте не более 01 В состав питательной среды на ферментации 4.Массовая доля влаги не более 9; 5.
38876. Определение степени художественной адекватности и принципов художественного перевода произведений А.П. Чехова на белорусский язык 334 KB
  Толстой и другие плодотворно работали не только в сфере изящной словесности но и в области художественного перевода. Интерес к подобного рода переводам проявился в науке уже давно. В книге Искусство перевода классик украинской поэзии Максим Рыльский делится опытом перевода поэзии Пушкина Лермонтова Мицкевича размышляет о значении культурного взаимообмена между родственными народами о переводе как сотворчестве.
38877. Природа света и цвета 5.75 MB
  Согласно научному определению, «свет – это электромагнитное излучение» или энергия, которая распространяется в пространстве с одинаковой скоростью под действием природного или искусственного источника света (солнца, лампы накаливания и др.). Эта энергия рассматривается в физике как электромагнитные волны, которые отличаются по своей длине.
38878. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРУДОВЫХ РЕСУРСОВ В МУСХП «ЛУЧ» САФОНОВСКОГО РАЙОНА СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ 1.35 MB
  Вопросы подлежащие разработке исследованию: рассмотреть теоретические основы формирования и использования трудовых ресурсов; дать характеристику организационнохозяйственной деятельности объекта исследования; проанализировать обеспеченность предприятия трудовыми ресурсами экономические и финансовые результаты деятельности предприятия; рассмотреть производительность труда работников предприятия и выявить пути её увеличения; разработать и обосновать резервы повышения эффективности использования трудовых ресурсов.2 Анализ производительности...
38880. Особенности экономического анализа бухгалтерской (финансовой) отчетности в государственных(муниципальных) учреждениях 868 KB
  Методы анализа бухгалтерской финансовой отчетности Анализ бухгалтерской отчетности предполагает установление и изучение взаимосвязей и взаимозависимостей между различными показателями финансовохозяйственной деятельности учреждения включенными в отчетность. Стандартные приемы методы анализа финансовой отчетности: анализ абсолютных показателей – путем сравнения показателей учреждения с показателями конкурентов: горизонтальный – сравнение интересующих позиций отчетности с данными предыдущих периодов; вертикальный –...