Тема 5. Круговые термодинамические процессы или циклы. Цикл Карно. Второй закон термодинамики
Направленность процессов. Обратимые и необратимые процессы. Формулировки второго закона термодинамики. Круговые термодинамические процессы — циклы. Прямой цикл Карно и его термический КПД. Обратный цикл Карно и его холодильный коэффициент. Сущность второго закона термодинамики и его основные формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии и работоспособность изолированной термодинамической системы при обратимых и необратимых процессах, Статистическое толкование второго закона термодинамики. Энтропия и вероятность. Критика теории Клаузиуса о «тепловой смерти» Вселенной.
Методические указания
Непрерывное получение работы за счет подведения теплоты возможно только в цикле и невозможно в разомкнутом процессе. Следует тщательно изучать все процессы, относящиеся к циклам особенно к циклу Карно, с помощью которого выводят все аналитические зависимости, относящиеся ко второму закону термодинамики. Формула для КПД этого цикла, по существу, является техническим выражением существа второго закона термодинамики в применении к тепловым машинам.
Обратимый цикл Карно при выбранных температурах Тmax, горячего источника теплоты и Тmin, холодильника имеет наивысший термический КПД среди любых других обратимых циклов.
При совершенствовании цикла наряду с подводом nплоты к рабочему телу обязательно должны быть процессы с отводом теплоты. Именно это и означает, что подведенную к рабочему телу теплоту в цикле нельзя полностью превратить в работу.
Сущность второго закона термодинамики сводится к двум положениям: 1). Теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему без затраты работы.
2). Для превращения теплоты в работу в периодически действующей машине необходимо наличие не менее двух источников теплоты:
теплоотдатчика (горячего) и теплоприемника (холодного). При этом только часть теплоты, переданной телу от горячего источника, может быть превращена в работу, остальная часть должна быть отдана холодному источнику.
В отличие от первого закона термодинамики, являющегося абсолютным законом природы, справедливым как для макромира, так и для микромира, второй закон термодинамики и таковым не является. Он получен из наблюдений над объектами, имеющими конечные размеры в окружающих нас земных условиях, и не может произвольно распространяться как на бесконечную Вселенную, так и на бесконечный микромир.
Все реальные
процессы являются необратимыми, поэтому
энтропия изолированной системы, в
которой протекают такие процессы, всегда
возрастают (
>О).
Возрастание энтропии приводит к
уменьшению работоспособности изолированной
системы.
Тема 6. Реальные газы. Водяной пар. Влажный воздух
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Водяной пар. Процесс парообразования. Тs и is - диаграммы для водяного пара. Расчет основных термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и is — диаграммы. Истечение газов и паров. Основные уравнения газового потока и располагаемая работа. Исследование адиабатного процесса истечения. Критическое отношение давления и критическая скорость. Истечение из суживающихся насадок. Понятие о диффузоре. Сопло Лаваля. Действительная скорость истечения. Дросселирование (мятие) паров и газов. Изображение процесса дросселирования в is-диаграмме. Влажный воздух. Основные определения. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Влагосодержание и энтальпия. Температура точки росы, температура мокрого термометра. Id - диаграмма влажного воздуха. Процессы во влажном воздухе (нагревание или охлаждение, испарение, смещение.) Теоретическая сушилка. Определение удельных расходов тепла и воздуха.