Вопрос 13. Прямой и обратный обратимые циклы Карно для идеального газа и их анализ.

Рассмотрим обратимый цикл Карно. Он состоит из 2-х изотерм и 2-х адиабат.

Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Произведем термодинамический анализ ОЦК(обратимого цикла Карно).

1 2 – процесс изотермического расширения, 2 3 – пр-с адиабатного расширения ( δq=0 )

3 4 – процесс изотермического сжатия, 4 1 – процесс адиабатного сжатия

Линия 1 2 3 – кривая расширения. 3 4 1 – кривая сжатия

1 2 3 4 1 – обратимый цикл Карно ( ОЦК ) Lц. = q 1 – q 2= пл 12341

ζ т оцк = Т 1 – Т 2 / Т 1 Т 1 – темп-ра горячего источника, К Т 2 – темп-ра холодного источника, К

Источники теплоты

1.Горячий Источник

2. Холодный Источник(окружающая среда)

ПРЯМЫЕ циклы(используются в тепловых машинах, тут превращается теплота в работу)

Lц >0 ГИ

Lц= q 1 – q 2

Обратный цикл Lц < 0 ( работа затрачивается, они используются в холодильных машинах)

14 Вопрос: Энтропия как функция состояния любого тела. Тепловая диаграмма t-s и ее свойства

Из рассмотрения обратимых циклов Клаузиусом был получен следующий интеграл: (1) (2) (3)

S- энтропия, является функцией состояния. (4) S,

- удельная энтропия,

Энтропия обладает адитивными и экстенсивными свойствами.

T=0К S₀=0 dS= - уравнение 2-ого закона термодинамики

а) Если теплота подводится ˃0, T˃0. dS˃0, то S↑

б) Если теплота отводится ˂0, T˃0. dS˂0, то S↓

Изобразим в T,S-диаграмме обратимый цикл произвольной конфигурации.

1а2б1- обратимый цикл произвольной конфигурации.

Изотермический процесс в T-S диаграмме обозначается горизонтальной линией.

Обратимый адеабатный процесс изображается вертикальной линией, т.е. линией перпендикулярной оси S.

T≠0K

S=const

18 Вопрос: Аналитическое выражение второго закона термодинамики

(1) обратимый процесс

(2) необратимый процесс

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9) –аналитическое выражение 2-ого закона термодинамики справедливого для любого необратимого процесса.

(10) – справедливо для любой системы, в которой протекают обратимые процессы.

Физический смысл энтропии

Протекание необратимых прцессов в природе приводит к уменьшению или потери работоспособности термодинамических систем, в которых протекают эти необратимые процессы. Дает уравнение Гюи-Стодола:

где T₀- температура окружающий среды,К

- потеря работоспособности(энергетическая потеря) системы

_{приращение энтропии.}

_{Уравнение Гюи-Стодоля говорит, что если в изолированной системе протекает необратимый процесс, в частности необратимый перенос теплоты, то оно сопроваждается с одной стороны потерей работоспособности системы, а с другой пропорционально этой потери возрастанием энтропии}

22.P-V-диаграмма для воды и пара. Параметры насыщения жидкости, влажного, сухого насыщенного и перегретого паров. Степень сухости. Термодинамические таблицы воды и водяного пара.

Рассмотрим изобарный нагрев жидкой воды, залитой в сосуд со свободно плавающим поршнем.

(∙)1- жидкость

О – пузырек пара

(∙)2- первый пузырек пара

(∙)3х-влажный пар (насыщ. вл. пар)

Vx-удельный обьем

(∙)4-посл. Капля ж.- сухой насыщ. пар

(∙)5-перегретый пар

Система, сообщающая из 2-х фаз или пузырьков пара и капель жидкости наз. Влажным или насыщенным паром.

Влажный пар состоит только из пузырьков пара наз. Сухим насыщенным паром.

Влажны пар, состоит только из капель жидк. наз. кипящей жидкостью.

Пар, темп. Кот.при данном давл. Больше темп. Кипения наз.перегретым паром.

Линия АК- левая пограничная кривая (л. кипения)

ВК- правая пограничная кривая (л. конденсации)

- обл. существования вл. Пара (обл. насыщения)

Для однозначного определения сост. влажного пара необходимо знать массы жидкости и пара, вход. во вл. пар

С этой целью вводят понятия степени сухости :

m´- масса кип. жидкости, m´´- масса сухого насыщенного пара, m=m´+m´´ - масса влажного пара

Степень сухости х:

X= = , x=[0-1] {0-100%}

Степень сухости - это параметр, показывающий массовую долю насыщенного пара в смеси воды и водяного пара. Значение x = 0 соответствует воде в момент кипения (насыщения). Значение х = 1, показывает, что в смеси присутствует только пар. При нанесении соответствующих точек в координатах (h,s), взятых из таблиц насыщения справочников свойств воды и водяного пара, при их соединении получаются кривые, соответствующие определённым степеням сухости. В таком случае, линия х = 0 является нижней пограничной кривой, а х = 1 - верхней пограничной кривой. Область, заключённая между этими кривыми, является областью влажного пара. Область ниже кривой х = 0, которая стягивается практически в прямую линию (не показана), соответствует воде. Область выше кривой х = 1 - соответствует состоянию перегретого пара. Критическая точка (К). При определённом, достаточно высоком давлении, называемом критическим, свойства воды и пара становятся идентичными. То есть исчезают физические различия между жидким и газообразным состояниями вещества. Такое состояние называют критическим состоянием вещества, которому соответствует положение критической точки. Следует заметить, что она на пограничной кривой лежит гораздо левее максимума этой кривой.

Изотерма - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённой температуре. Изотермы пересекают пограничные кривые с изломом и, по мере удаления от верхней пограничной кривой, асимптотически приближаются к горизонтали.

Изобара - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому давлению. Изобары не имеют изломов при пересечении пограничных кривых.

Изохора - изолиния, построенная методом объединения точек по значениям энтальпии и энтропии, соответствующих определённому объёму. Изохоры на h, s-диаграмме в области перегретого пара, всегда проходит круче, чем изобары, и это облегчает их распознавание на одноцветных диаграммах. Построение изохор требует более кропотливой работы с таблицей состояний.

Изотермы и изобары в области влажного пара совпадают по причине линейной зависимости в состоянии насыщения.