Круговые циклы. Термодинамический и холодильный коэффициенты.

Для работы любого теплового двигателя необходимо, чтобы рабочее тело, с помощью которого тепловая энергия превращается в работу, совершило замкнутый процесс и возвратилось в свое первоначальное состояние. Этот замкнутый процесс называется круговым процессом, или циклом.

1.После завершения цикла (в точке 1) рабочее тело приходит в первоначальное состояние, поэтому параметры его, в том числе и внутренняя энергия, остаются неизменными.

На основании первого закона термодинамики для цикла в целом можно написать: q₁-q₂=q_ц=l_п , где q_ц— использованная в цикле теплота; l_п- произведенная за цикл полезная работа.l_п=q₁-q₂

Важнейшей тепловой характеристикой цикла является термический коэффициент полезного действия(КПД),представляющий собой отношение теплоты, превращен­ной в полезную работу, к теплоте подведенной:η_t=l_п/q₁ =(q₁-q₂)/ /q₁=1- q₂/ q₁. Термический КПД показывает, насколько рационально используется подведенная теплота в тепловом двига­теле.

Мы рассмотрели цикл, который совершается в направлении вращения часовой стрелки. Подобные циклы называются прямыми. По прямым циклам работают все тепловые двигатели, как паровые, так и газовые.

2.Если процесс будет идти в обратном направлении, т. е. против часовой стрелки, то линия сжатия будет выше линии расширения.Такие циклы называются обратными.В обратном цикле положительная работа 1—а—2—3—4—1 меньше отрицательной 2—б—1—4—3—2, поэтому полезная рабо­та не производится, а наоборот, затрачивается работа (—l_п) от постороннего источника энергии.

В этом случае теплота q₂передается рабочему телу, участвующему в цикле, от холодного источника (теплоприемника), а теплота q₁ отдается горячему источ­нику (теплоотдатчику). Следовательно, в обратном цик­ле теплота переходит от холодного тела к горячему, но это должно обязательно сопровождаться затратой работы, которая также превращается в теплоту. Поэтому q₁= q₂+ l_п.

Обратные циклы осуществляются в холодильных установках и тепловых насосах. Экономичность холодильных установок определяется холодильным коэффициентом ε=q₂/l_ц=q₂/(q₁-q₂) , т. е. отношением полезной теплоты q₂, отнятой от холод­ного источника, к теплоте, эквивалентной затраченной ра­ботеl_ц.

10.Второй з-н термодинамики. Цикл Карно. Теорема Карно.

Первый закон термодинамики определяет количественные соотношения в процессе взаимопревращения тепловой и механической энергии, но не устанавливает условий, при которых такое взаимопревращение возможно. Условия, необходимые для превращения теплоты в механическую энергию, раскрываются вторым законом термодинамики, который представляет собой, таким образом, очень важное дополнение к первому закону термодинамики.

Имеется целый ряд формулировок второго закона термодинамики, выражающих определенное свойство тепловой энергии в разных формах. Две характерные формулировки: 1. Теплота сама собой переходит лишь от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никогда наоборот; некомпенсированный переход теплоты тела с меньшей температурой к телу с большей температурой невозможен (Клаузиус). 2. Нельзя осуществить тепловой двигатель, единствен­ным результатом действия которого было бы превращение теплоты какого-либо тела в работу без того, чтобы часть теплоты не передавалась другим телам (Томсон).