Круговые процессы. КПД тепловой машины. КПД теплового двигателя, работающего по обратимому циклу Карно

Первое начало термодинамики

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической энергии газов.

Идеальный газ – это такой газ, молекулы которого имеют пренебрежительно малый собственный объём, и не взаимодействуют между собой.

Термическое уравнение Клапейрона:

 

Воспользуемся законом Авагадро:

При одинаковых давлениях и температурах моли всех газов занимают один объём. Это значит, что при P=1.01× Па, Т=273K,

 

ð

– Клапейрона-Менделеева

– постоянная Больцмана

PV=

– основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

 

Существует несколько начал термодинамики. Джоулем и др. учёными было сформулировано равенство об изменении внутренней энергии системы.

ΔU=Q-A – первое начало термодинамики. Изменение внутренней энергии системы осуществляется за счёт передачи системе теплоты и совершения системой работы.

Q-кол-во теплоты, А-работа.

В дифференциальной форме:

dU=dQ-dA

dU – бесконечно малое изменение внутренней энергии, происходящее при добавлении бесконечно малого кол-ва теплоты dQ системы, совершающей бесконечно малую работу dA.

Q, A – не функции параметров системы, а U– функция параметров системы.

dQ, dU различаются.

 

 

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

Заштрихованная разница является полезной работой.

ΔU=0

ΔQ= кол-во теплоты

A= (2) совершаемая работа за цикл

ΔU= ΔQ-A (3)

Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученную из вне тепла называется тепловой машиной.

Из (3) следует, что не все тепло используется для совершаемой работы, часть должна быть возвращена во внешнюю среду.

η= = =1- ; η<1

Термодинамические циклы сочет. различн. процессы:

1)изотерические( -const)

2) адиабатические (p -const)

3) изобарические (p - const)

4)изохорические (V-const)

Цикл Карно:2 изотермических и 2 адиабатических процесса.

Цикл был рассмотрен Карно в 1824 году, как идеальный цикл теплового двигателя, который совершает работу за счет теплоты, подводимой к рабочему телу в изотерическом процессе. Рабочее тело находится в постоянном контакте с двумя нагревателями с температурой Т₁ и холодильником Т₂ . В начальном состоянии входит в контакт с нагревателем в Т₁ при температуре Т₁ и изотермически расширяется. В этом процессе рабочае тело совершает работу А(1->2). Из 2 за счет адиопатичного расширения переводится в 3.( ) Затем тело сжимается изотермически из 3 в 4. В этот момент тело передает холодильнику тепло . После чего переходит адиабатически из 4 в 1. За один полный цикл совершается работа равную площади под кривой цикла.

Коэфициент полезного действия: . Поскольку модуль . , притом, что , получаем . -математическое выражение т. Карно: все обратимые двигатели, работающие с термостатами с одинаковыми температурами имеют одно и тоже КПД. Ни один необратимый двигатель, работающий м/д теми же термостатами не может иметь тот же КПД.