2.1 Круговые термодинамические процессы

В результате совершения кругового термодинамического процесса (цикла) рабочее тело возвращается в свое начальное состояние, после чего оно может повторить такой же цикл. Циклы могут быть прямыми и обратными.

Таблица 2.1  Варианты индивидуального задания 2

Вариант	Задачи из подразделов				Вариант	Задачи из подразделов
	2.1.1	2.2.1	2.3.1	2.4.1		7.1	8.1	9.1	10.1
1	1  3	1  6	1  4	1  3	10	4, 5, 8	1  6	8  11	4, 5, 8
2	2  4	1  6	4, 5, 8, 10	2  4	11	5, 6, 7	1  6	7  10	5, 6, 7
3	3  5	1  6	5, 6, 7, 11	3  5	12	6, 7, 2	1  6	6  9	6, 7, 2
4	4  6	1  6	6, 7, 2, 12	4  6	13	7, 8, 3	1  6	5  8	7, 8, 3
5	5  7	1  6	7, 8, 3, 5	5  7	14	8, 9, 4	1  6	4  7	8, 9, 4
6	6  8	1  6	8, 9, 4, 6	6  8	15	7, 9, 2	1  6	3  6	7, 9, 2
7	7  9	1  6	7, 9, 2, 3	7  9	16	6, 8, 4	1  6	2  5	6, 8, 4
8	2, 3, 8	1  6	4, 5, 8, 9	2, 3, 8	17	4, 5, 6	1  6	1  4	4, 5, 6
9	3, 4, 9	1  6	9  12	3, 4, 9

Термический коэффициент полезного действия прямого цикла есть отношение полученной работы в цикле к затраченному количеству теплоты:

или или

где  термический коэффициент полезного действия (КПД) цикла; |Q₁|, |Q₂|  абсолютные значения подведенной и отведенной теплоты, Дж; |L₀|  абсолютное значение полученной работы, Дж; Т₂, Т₁  температура теплоприемника и теплоотдатчика, К.

Холодильный коэффициент полученного действия есть отношение отводимой в обратном цикле теплоты к затраченной работе:

или , или

Литература: [2  5].

2.1.1 Задачи

1. Температура океанской воды в тропиках на глубине 1000 м равна 1 ⁰С и на поверхности 24 ⁰С. Найти термический КПД теплового двигателя, если бы он работал по циклу Карно в указанном интервале температур. Ответ: 6,7 %.

2. На Крайнем Севере под слоем вечного льда морская вода имеет температуру +3 ⁰С, а температура наружного воздуха -22 ⁰С. Найти термический КПД теплового двигателя, если бы он работал по циклу Карно в таком интервале температур. Ответ: 9,1 %.

3. Найти работу цикла Карно и количество теплоты, передаваемое теплоприемнику, при следующих условиях: температура по верхней изотерме равна 200 ⁰С, по нижней изотерме 10 ⁰С. Количество подводимой теплоты от теплоотдатчика Q₂ = 1,7 МДж. Ответ: 0,07 МДж; 1,02 МДж.

4. Воздух совершал прямой цикл Карно в интервале температур 250...30 ⁰С. Максимальное давление в цикле 1 МПа, а минимальное 120 кПа. Исследовать цикл. Ответ: v₁ = 0,150 м³/кг; v₂ = 0,185 м³/кг; v₃ = 0,725 м³/кг; v₄ = = 0,588 м³/кг; Р₂ = 811 кПа; Р₄ = 145 кПа; = 0,42; l₀ = 13,22 кДж; |q₁| = 31,43 кДж/кг; |q₂| = 18,21 кДж/кг.

5. Определить КПД обратимого цикла теплового двигателя, если температура теплоотдатчика 200 ⁰С, а теплоприемника 30 ⁰С. Ответ: 0,36.

6. Воздух массой 1 кг изобарно расширяется с увеличением температуры от 15 до 150 ⁰С. Найти изменение удельной энтропии в этом процессе. Ответ: 389 Дж/(кгК).

7. Имеется идеальный газ массой 1 кг при температуре 0 ⁰С и газ массой тоже 1 кг, но при температуре 100 ⁰С. Найти изменение энтропии этих двух газов в результате их смешения при постоянном давлении. Средняя удельная теплоемкость газов 1 кДж/(кг К). Теплообмен с внешней средой отсутствует. Ответ: 24 Дж/К.

8. Воду массой 2 кг при температуре 60 ⁰С смешивают с водой массой 20 кг и температурой 3 ⁰С. Найти изменение энтропии при смешении этих двух масс. Ответ: 83 Дж/К.

9. Стальную поковку массой 2 кг и температурой 200 ⁰С погружают в воду объемом 5 л и температурой 5 ⁰С. Найти изменение энтропии этой системы. Удельная теплоемкость стали 687 Дж/(кг К). Ответ: 209 Дж/К.