1.1.1.4. Важную роль в анализе термодинамических циклов имеет энтропия рабочего тела. По определению [1]
Здесь
– удельная энтропия рабочего тела
(энтропия 1 моля вещества).
Подставляя в это уравнение соотношение 4.7, записанное для политропного термодинамического процесса, получим зависимость для изменения энтропии политропного процесса
4.11
1.1.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
В термодинамическом изохорном процессе
(рис.1) энергия в тепловой форме подводится
к рабочему телу. Подвод энергии в этом
процессе в двигателях внутреннего
сгорания происходит в результате
окисления (сгорания) топлива. Горение
топлива происходит настолько быстро,
что его большая часть сгорает при весьма
малых перемещениях поршня. Это
обстоятельство и позволяет рассматривать
этот процесс как изохорный.
Из условия
(по определению изохорного процесса) и
из уравнения состояния идеального газа
4.2 следует
4.12
Эта зависимость позволяет определять параметры состояния рабочего тела в изохорном процессе.
Из определения работы изменения объёма (уравнение 4.5) следует, что в изохорном процессе рабочее тело не обменивается энергией в механической форме с окружающей средой. Действительно, в изохорном процессе поршень расширительной машины неподвижен и, значит, рабочее тело не совершает механическую работу и над рабочим телом не совершается работа.
4.13
Обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в тепловой форме в изохорном термодинамическом процессе может быть рассчитан непосредственно из определения теплоёмкости рабочего тела – уравнение 4.7. Для изохорного процесса это уравнение принимает вид
.
Интегрируя это уравнение при постоянном значении мольной теплоёмкости газа, получим
4.14
Используя определение энтропии, несложно получить и зависимость для расчёта изменения энтропии
4.15
1.1.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
В изохорном процессе топливо сгорает не полностью; часть топлива сгорает при перемещающемся вниз от верхней мёртвой точки поршне. В термодинамическом изобарном процессе (рис.1) энергия в тепловой форме подводится к рабочему телу именно в результате догорания части не сгоревшего ранее топлива.
Из условия
(по определению изобарного процесса) и
из уравнения состояния идеального газа
4.2 следуе т
4.16
Эта зависимость позволяет определять параметры состояния рабочего тела в изобарном процессе.
Из определения работы изменения объёма (уравнение 4.5) для изобарного процесса может быть получено
,
4.17
где
– энергия в механической форме, которую
рабочее тело отдаёт окружающей среде
в термодинамическом изобарном процессе
расширения рабочего тела при подводе
тепла. Иными словами – это работа,
совершаемая рабочим телом. Знак этой
работы положителен, т.к.
(см. рис.1), и это соответствует правилу
знаков термодинамики
– давление рабочего тела в изобарном
процессе
.
и
конечное и начальное значения объёма
рабочего тела в изобарном процессе
.
Обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в тепловой форме в изобарном термодинамическом процессе может быть рассчитан непосредственно из определения теплоёмкости рабочего тела – уравнение 4.7. Для изобарного процесса это уравнение принимает вид
,
где
– мольная теплоёмкость в термодинамическом
процессе при постоянном давлении.
– это справочная величина.
Интегрируя это уравнение при постоянном значении мольной теплоёмкости газа, получим
4.18
Из уравнения 4.14, используя определение энтропии, несложно получить зависимость для изменения энтропии в изобарном процессе
4.19