Новое учение о теплоте

ОЧЕРКИ

7.10. Термодинамические циклы

Особую роль в термодинамике играют замкнутые тепловые процессы или циклы: реализация цикла в тепловой машине есть необходимое условие её непрерывной и стабильной работы. В качестве примера на рис. 7.5 представлены pV- и TS-диаграммы цикла бензинового двигателя (цикл Отто), включающего сжатие рабочего тела по адиабате ac, подвод к нему тепла по изохоре cz, расширение газа по адиабате zb и отвод тепла по изохоре ba. Площади фигур aczb на диаграммах характеризуют положительную работу L, произведённую в цикле, и затраченную на это теплоту DQ.

Рис. 7.5. pV- и TS-диаграммы цикла Отто

Видно, что в результате циклического процесса система возвращается в исходное состояние, отвечающее точке а на диаграммах. В уравнении (7.12) в этом случае следует положить внутреннюю энергию неизменной (V_j dp = 0); в результате интегрирования для моля газа имеем
(7.22) Q₁ – Q₀ = DQ = L,
где Q₀ ¹ 0 — постоянная интегрирования, характеризующая тепловую энергию окружающей среды или тепловой потенциал Земли, от которого традиционно производится отсчёт теплоты. А в уравнении (7.20) следует положить T₁ = T₀ ,что приводит к соотношению
(7.23) DS = 0 или Q₁ /T₁ = Q₀ /T₀ .

Соотношения (7.22) и (7.23) представляют собой математические выражения первого и второго начал термодинамики, определяющие количественные связи и условия реализации теплового цикла в машине. Соотношение (7.22) утверждает, что нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы работу без потребления энергии извне или превышающую подводимую к нему эквивалентную теплоту (вечный двигатель первого рода невозможен). Соотношения (7.23) запрещают вечный двигатель второго рода или монотермический двигатель, требуя применения в схеме как минимум двух тепловых элементов: источника теплоты с относительно высокой температурой T₁ (нагреватель) и теплоприёмника с более низкой температурой T₀ (охладитель). Последний обеспечивает практическую реализацию замкнутого процесса: выводит из двигателя энтропию, поступившую с теплотой от нагревателя, восстанавливая тем самым исходные упругие свойства рабочего тела.

Причём второй закон термодинамики является не менее фундаментальным, чем первый. В этом убеждает простой факт: все живые организмы, включая человека, имеют как приёмник теплоты с пищей, расходуемой на выполнение механической работы, так и сток теплоты с продуктами переработки пищи для вывода из организма энтропии. Аналогичная ситуация наблюдается и в растительном мире: растения не только потребляют солнечную энергию, углекислый газ, воду и питательные вещества, но и выводят энтропию с испарениями влаги и при выделении кислорода.

НАЗАД < > ВПЕРЁД

[Главная][Презентация][Очерки][Статьи][Брошюра][Изобретения][Мой архив]

Хостинг от uCoz