3.3. Уравнение первого закона термодинамики для движущегося рабочего тела

Уравнение первого закона для единицы массы стационарного потока (т. е. потока, параметры которого в любом сечении со временем не изменяются) можно вывести с помощью модели, показанной на рис. 3.2.

Рис. 3.2. К выводу уравнения первого закона термодинамики для движущегося рабочего тела

З десь поток получает теплоту dq, совершает техническую работу dl, а также работу за счет изменения его кинетической энергии d(w²/2) и работу против силы тяжести d(g*h) вследствие изменения его высоты над уровнем моря (h=h₂-h₁). Кроме того, имеет место работа вталкивания газа p₁*v₁ и выталкивания p₂*v₂. Их разность l_пр=p₂*v₂-p₁*v₁ называют работой проталкивания. Учитывая сказанное можно записать закон сохранения энергии для движущегося рабочего тела

(3.9)

Здесь u – внутренняя энергия рабочего тела.

Так как по определению u+p*v=i, полученное выражение можно переписать следующим образом

После интегрирования получим

(3.10)

Выражение (3.10) и есть уравнение первого закона термодинамики для движущегося рабочего тела.

Тепло. Определение.

Тепло – это форма энергии. Мы часто превращаем термальную (тепловую) энергию в другие виды энергии, которые помогают нам выполнить ту или иную работу. Например, тепло, выделяемое при сгорании угля, трансформируется в силу пара, приводящего в движение паровые двигатели. Тепловая энергия находится в постоянном движении, переходя от веществ с более высокой температурой в вещества с более низкой температурой. Самым большим источником естественного тепла является Солнце. Горючие вещества, например бензин и древесина, сгорая, выделяют тепло. Искусственные источники света, такие как свечи или лампы накаливания, также являются источниками тепла. Механические приспособления выделяют тепло в процессе работы. Такими приспособлениями могут быть, например, пила, распиливающая дерево, или тормоза, останавливающие автомобиль, различные электрические устройства (телевизор, радио или кухонный комбайн). Даже наше тело выделяет тепло, когда мы занимаемся спортом, работаем или просто трем ладонью о ладонь

КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЦИКЛ КАРНО

Круговой процесс — процесс, при котором газ, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает по часовой стрелке, то часть тепловой энергии, полученной от нагревателя, превращается в работу. Так работает тепловая машина. Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает против часовой стрелки, то тепловая энергия передается от холодильника (тела с меньшей температурой) к нагревателю (телу с большей температурой) за счет работы внешней силы. Так работает холодильная машина. Коэффициент полезного действия тепловой машины равен отношению работы  за цикл к полученной от нагревателя тепловой энергии : . Холодильный коэффициент холодильной машины равен отношению тепловой энергии , отобранной от холодильника за цикл, к затраченной работе : .

Цикл Карно — круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. 1 – 2 — изотермическое сжатие при температуре , . 2 – 3 — адиабатическое расширение от температуры   до , . 3 – 4 — изотермическое сжатие при температуре , 4 – 1 — адиабатическое сжатие от температуры  до , . Согласно уравнению Пуассона: . Коэффициент полезного действия (кпд) цикла Карно — отношение суммарной работы за цикл к полученному теплу: , . Таким образом, кпд цикла Карно всегда меньше единицы (100%) и зависит только от соотношения температур холодильника и нагревателя: .