Новая страница 2

Чтобы глубже усвоить изложенный материал, исследуем с его помощью принципиальную работоспособность двух типов двигателей внутреннего сгорания, выполненных по единой конструктивной схеме (рис. 7.7, а).

Рис. 7.7. Пример вечного двигателя второго рода: а) конструктивная схема,
б) pV-диаграмма теоретического цикла, в) TS-диаграмма теоретического цикла

В традиционном типе ДВС реализуется уже описанный нами термодинамический цикл по рис. 7.5, состоящий из следующих процессов над рабочим телом (воздухом), периодически поступающем в цилиндр 1 через впускной клапан 2: сжатие при ходе поршня 3 в направлении верхней мёртвой точки, нагрев при сгорании топлива, подаваемого в цилиндр через форсунку 4, расширение газа (рабочий ход) при движении поршня в направлении нижней мёртвой точки и отвод теплоты в окружающую среду с отработанными газами через выпускной клапан 6. Схема остаётся достаточно перспективной на обозримое будущее, поскольку вполне приспособлена для использования топлива будущего — водорода. Работоспособность её подтверждена более чем вековым опытом и не требует особых комментариев: первый и второй законы термодинамики нашли здесь самое яркое воплощение (рис. 7.6).

Видоизменим схему работы двигателя, попытавшись в обход второго закона термодинамики использовать для этого один-единственный источник теплоты — окружающую среду. Как отмечалось выше, такой двигатель называется вечным двигателем второго рода. Конструктивная схема и диаграммы теоретического цикла его представлены на том же рис. 7.7.

В рабочий цилиндр 1 двигателя периодически подаётся воздух через впускной клапан 2 при давлении окружающей среды и в момент наибольшего объёма цилиндра, при положении поршня 3 в нижней мёртвой точке через форсунку 4 впрыскивается топливо для организации химической реакции с поглощением теплоты из рабочего тела (эндотермическая реакция). В результате этого в цилиндре понижается давление по изохоре ав относительно картерной полости 5 и поршень смещается в направлении верхней мёртвой точки, уменьшая объём рабочего тела по адиабате вс и производя работу на выходном валу двигателя под давлением атмосферы (по этой причине такие двигатели называют атмосферными). Как только давление в цилиндре и картерном пространстве сравняются, открывается клапан 6 выпуска рабочего тела и в окружающую среду поступает «холод» из цилиндра двигателя (изобара са). Затем производится наполнение цилиндра свежей порцией воздуха и цикл повторяется. Работа осуществляется, таким образом, почти по традиционной схеме тепловых двигателей — с затратой химического топлива.

Последнее обстоятельство создаёт иллюзию реальности схемы двигателя. Основная проблема здесь — выбор подходящего топлива и катализатора: они должны обеспечить взрывное протекание эндотермической реакции при температуре и давлении окружающей среды. Желательно также, чтобы при этом обеспечивался безвредный выхлоп, а продукты его могли бы утилизироваться и разлагаться на исходные компоненты, например, под воздействием солнечных лучей с возможностью повторного использования топлива. Тогда мы имели бы фактически вполне легитимный с позиций первого закона термодинамики и удобный (всепогодный) способ преобразования и использования солнечной энергии.

Однако закон (7.19) возрастания энтропии и соотношения (7.20) и (7.21) для её расчёта лишают нас такой возможности. Они показывают, что росту энтропии отвечают исключительно экзотермические реакции (T₁ > T₀), при которых в режиме изохорного сгорания топлива выполняется условие p₁ > p₀. Иными словами, понизить давление в цилиндре двигателя за счёт использования эндотермической реакции при сжигании подходящего топлива не представляется возможным: такое топливо не может быть создано. Второй закон термодинамики, таким образом, переводит проблему из разряда изобретательских на уровень фундаментальных проблем физической химии.

НАЗАД < > ВПЕРЁД

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

Хостинг от uCoz