Параметры состояния рабочего тела, понятие процесса, кругового процесса.Оценка эффективности прямых и обратных циклов.

Процесс образования тепловой энергии в механическую в двигателях внутреннего сгорания (д. в. с.) осуществляется с помощью рабочего тела. Рабочим телом в д. в. с. являются газообразные продукты сгорания топлива. Величины, которые характеризуют физическое состояние тела называются термодинамическими параметрами состояния. Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можно однозначно определить 3-мя параметрами – удельным объемом, температурой (Т), давлением (Р).
Если изменить термодинамическое состояние системы, т. е. подвести или отнять тепло, сжать газ или дать возможность ему расшириться, то все параметры рассматриваемой системы изменят свою величину.

Давление равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела. Когда говорят о давлении газа или пара, под силой понимают суммарную силу ударов молекул этого газа или пара, направленную перпендикулярно к стенкам сосуда. Подавляющее большинство приборов для определения давления измеряет разницу между давлением среды (иногда называемым полным, или абсолютным давлением) р и атмосферным (барометрическим) В. Если измеряемое давление выше атмосферного, такой прибор называется манометром, а измеряемое давление — избыточным

Ризб. = Р - В.

Если измеряемое давление ниже атмосферного, такой прибор называется вакуумметром, а измеряемое давление — вакуумметрическим (или вакуумом).

Рвак = В - Р.

Температура — это мера нагретости тела. Если теплота переходит от одного тела к другому, это значит, что температура первого тела Т1 больше температуры второго тела Т2. Если же теплообмен между телами отсутствует, температуры одинаковы T2 = T1.

Удельный объем — это отношение полного объема вещества V к его массе m.

v = V / m

Плотность — это отношение массы вещества к его объему.

p = m / V

То есть плотность является величиной, обратной удельному объему.
Величины, характеризующие термодинамическое состояние газа, давление р, удельный объем v и температура Т зависят друг от друга. Если, например, газ определенной температуры занимает какой-то определенный объем, то он будет находиться под некоторым давлением. Изменение объема или температуры изменит давление газа.

pv/T= const

Для 1 кг газа эту постоянную величину называют газовой постоянной и обозначают буквой R:

pv/T=R

Уравнение состояния часто называют уравнением Клапейрона, по имени ученого, предложившего это уравнение.

Термодинамическим процессом называется процесс изменения состояния термодинамического тела (системы), не находящегося в термодинамическом равновесии с внешней средой и не изолированный от нее. При этом наблюдается энергетическое взаимодействие между телом и окружающей средой, сопровождающееся изменением параметров тела.

Круговой процесс (цикл) - процесс, при котором система, проходя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние. На диаграмме р-V равновесный круговой процесс изображают замкнутой кривой. Прямой цикл используют в тепловых двигателях - двигателях, действуют периодически и выполняют работу за счет полученной извне теплоты. Обратная цикл используют в холодильных машинах - установках, действующих также периодически, но в которых за счет работы внешних сил теплота переносится в тел с высокой температурой от менее нагретых тел, т.е. прямыми называют циклы, в которых теплота преобразуется в работу, обратными – в которых теплота передается от более холодного тела к более нагретому.

Первый закон термодинамики выражает закон сохранения и превращения энергии применительно термодинамических процессов и не позволяет определить направление протекания процессов. Разделим все процессы, которые могут происходить реально, на два класса: обратимые и необратимые.

Термодинамический процесс называют 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 среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяет этим условиям, является необратимым. Любой обратимый процесс является равновесным.

Для оценки степени совершенства прямых циклов используется термический коэффициент полезного действия ( ), под которым понимается отношение работы, полученной в цикле, к затраченной теплоте:

Для оценки работы холодильных машин применяется холодильный коэффициент, равный отношению полезного количества теплоты (q2), отнятого от холодного источника, к затраченной работе:

Машины, предназначенные для дальнейшего использования теплоты q1 и передачи ее в источник ограниченных размеров, называют тепловыми насосами. Эффективность работы тепловых насосов оценивается отопительным коэффициентом, представляющим собой отношение количества теплоты (q1), переданного потребителю, к затраченной работе:

.