Для работы машины двигателя необходимо, чтобы работа сжатия была меньше работы расширения. Эти процессы могут быть реализованы при наличии двух источников теплоты: высокотемпературного или высшего источника теплоты (ВИТ) и низкотемпературного ( НИТ).
Используя тервый закон термодинамики для процесса :
1 а 2 - q1 = ±DU1-2 + l1-2
2 в 1 - q2 = ±DU2-1 + l2-1
q1 - q2 = ±DU1-2 + l1-2 ±DU2-1 + l2-1
q1 - q2 = l1-2 - l2-1 = lц.
Эффективность работы тепловой машины тем выше, чем больше lц и чем меньше q1 следовательно она может быть охарактеризованаh
ht = lц / q1 = 1 - q2 / q1, (3.4)
называемой термическим КПД.
Поскольку всю подведенную теплоту нельзя перевести в работу:
q2 > 0 , q2 < q1 ®ht < 100 %.
Следовательно часть теплоты q1 будет передана в виде “отброса “ низкотемпературного.
Рис. 3.2.
При работе холодильной машины для поддержания низкой tо охлаждаемого тела, необходимо непрерывно отводить тепло q2. Возврат системы в исходное состояние происходит при более высоких температурных условиях:
q2 = ±DU + l2
-q1 = ±DU + l1
q2 - q1 = - ( l1 - l2 ) = - lц
q1 = lц + q2
Уравнение показывает, что в рабете холодильной машины l1 > l2 следовательно lц < 0 следовательно для работы холодильной машины необходимы затраты энергии.
Экономичность работы холодильной машины характеризуется холодильным коэффициентом:
E = q2 / lц (3.5)
В отличие от ht E может быть > 1; = 1; < 1.
Выражения E и ht являются справедливыми для любых циклов и представляют собой аналитическое выражение второго закона термодинамики для тепловых машин.
В связи с этим можно привести другие формулировки второго закона термодинамики:
- 100 % превращение теплоты в работу невозможно;
- “ перпетум - мобиле “ второго рода невозможны ( Оствальд ) машина, переводящая 100 % теплоты в работу;
- для охлаждения тел ниже tо окружающей среды необходимо забрать работу.
Второй закон констатирует, что получить полезную работу можно только если существует разность температур высшего источника теплоты и низкотемпературного.
Сади Карно предложил цикл тепловой машины, который имеет max ht при заданной разнице температур высшего источника теплоты и низкотемпературного.
Рис. 3.3.
Его осуществляют следующим образом:
- к рабочему телу, имеющему в начальнйо точке t = T1 и удельный объем u1, р = р1 подведено от высшего источника теплоты количество теплоты q1 следовательно рабочее тело расширяется 1-2 и совершает работу при T = T1 = const за счет подведенной теплоты;
- в точке 2 подвод теплоты прекращается и дальнейшее расширение газа идет за счет внутренней энергии (U) . При этом p и Т понижается;
- в точке 3 адиабатного расширения сменяют изотермическим сжатием при t = T3 = const с соответствующим отводом теплоты НИТ;
- в точке 4 процесс изотермического сжатия заканчивается и цикл замыкается процессом адиабатного сжатия 4 - 1.
Цикл Карно для холодильных машин соответствует процессу 1-4-3-2-1:
ht = 1 - q2 / q1 = 1 - ( T2dS2 / T1dS1);
dS2 = dS1 ®ht = 1 - T2 / T1 (3.6)
Выводы: 1) ht цикла Карно не зависит от рабочего тела и определяется только термпературами высшего источника теплоты и низкотемпературного: ht = 1 в двух случаях.
2) Т1 = ¥, в наших условиях нет такого теплоотдачика.
3) Т2 = 0 по циклу Карно. Поскольку теплота q2 передаеися в среду, где протекает наша жизнь, T2 > 0 по циклу Карно. Следовательно отличие ht от 1 не свидетельствует об инженерной бесконечности , а является теоретически неизбежным недостатком.
Коэффициент полезного действия (ht) цикла Карно получен для обратимых процессов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.