Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Цикл Карно i його коефіцієнт корисної дії для ідеального газу

Розглянемо коловий процес, в результаті якого тепло, відняте від якогось тіла, можна перетворити в роботу i притому якнайкраще.

Карно довівтеорему: із всіх періо­дично діючих теплових машин, що мають однакові температури нагрівачів i холо­дильників, найбільший коефіцієнт корисної дії (ККД) мають оборотні машини; при цьому ККД оборотних машин, що працюють при однакових температурах нагрівачів i холодильників, дорівнюють один одному i не залежать від природи робочого тіла.

Цикл Карно складається з двох ізотерм i двох адіабат.

Визначимо ККД циклу Карно. При ізотермічному процесі i робота розширення газу дорівнює кількості теплоти , що отримав газ від нагрівника:

.

При адіабатному розширенні робота виконується за рахунок зміни внутрішньої енергії:

.

При ізотермічному стисканні газу виконується робота i газ віддає холодильнику кількість теплоти :

.

Робота адіабатного стискання:

.

В результаті колового циклу виконується робота

.

Термічний ККД циклу Карно

.

Використаємо рівняння адіабат 2-3 і 4-1:

, ;

.

Звідси

.

Тоді,

і

.

Отже, ККД циклу Карно визначається лише температурами нагрівника i холодильника.

робота реальної машини

,

де .

Формула коефіцієнта корисної дії реальної теплової машини має вигляд:

.

З виразу ККД машини, що працює за циклом Карно отримуємо

; ;

Згідно з теоремою Карно, ККД оборотного циклу Карно не залежить від природи робочого тіла. Звідси і відношення не залежить від природи робочого тіла. Оскільки відношення температур вимірюється відношенням теплоти, то можна використати для встановлення шкали температур, яка не залежить від термометричного тіла.

Ентропія.
Ентропія ідеального газу

Формулу коефіцієнта корисної дії ідеальної теплової машини, що працює за циклом Карно,

приведемо до вигляду

і .

Відношення кількості переданої
теплоти до температури тепловіддавача або теплоприймача називається зведеною кількістю теплоти.

У випадку необоротної теплової машини

і .

Тоді, об’єднавши формули для оборотної і необоротної теплових машин, маємо:

і .

Умовимося кількість теплоти, яка віддана тілу нагрівником, вважати додатною, а кількість теплоти, віддану тілом холодильнику, – від’ємною. Тоді

,

причому „ = ” – відповідає оборотним переходам, а „ < ” – необоротним.

В загальному вигляді

.

Функція стану, диференціал якої є , називається ентропією S.

Згідно з визначенням зміна ентропії при оборотному процесі

.

Ця формула визначає ентропію лише з точністю до адитивної сталої, тобто початок відліку ентропії довільний.

Кожний стан тіла характеризується певним значенням ентропії S, яка є повним диференціалом.

Ентропія – адитивна функція стану системи: ентропія системи дорівнює сумі ентропій всіх тіл, що входять в систему.

ентропію можна розглядати як міру знецінення енергії тіла.

Ентропія – міра теплової непрацездатності тіла.

.

Для оборотного рівноважного циклу зміна ентропії

.

Якщо система виконує необоротний цикл, то ентропія системи зростає: .

Ентропія замкненої системи при будь-яких процесах, що в ній відбуваються, не може зменшуватися: .

Знайдемо зміну ентропії у процесах ідеального газу:

.

Зміна ентропії ідеального газу при переході його із стану у стан не залежить від виду процесу переходу .

При адіабатному процесі

і .

Для оборотного адіабатного процесу зміна ентропії дорівнює 0, для необо­ротного – ентропія тіла зростає.

Оборотний адіабатний процес – ізоентропічний процес.

При ізотермічному процесі

і ,

при ізохоричному процесі

і .

Розглянемо, як змінюється ентропія при деяких термодинамічних процесах.

На нагрівання тіла від температури до температури витрачається кількість теплоти

.

Тоді

.

В процесі теплообміну кількість теплоти переходить від тіла з більш високою температурою до тіла з більш низькою температурою . Ентропія системи, що складається з цих двох тіл змінюється на величину

.

Оскільки , то ентропія при теплообміні зростає.




Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.002 сек.