1.2.9 Анализ общих характеристик политропных процессов в диаграммах p – υ и t – s

Все политропные процессы, представленные на рисунке 4, по основным характеристи­кам делятся на следующие виды.

1. Процессы расширения, в которых совершается полезная рабо­та, отводимая в окружающую среду (dυ>0 и dl>0), и процессы, сжатия, в которых затрачивается работа, подводимая из окружающей среды (dυ<0 и dl<0).

Границей между процессами расширения и сжатия служит изохора ( ).

2. Процессы с подводом тепла (dS>0 и dq>0) и процессы с отводом тепла (dS<0 и dq<0).

Границей между процессами подвода и отвода тепла служит адиабата (n = k).

3. Процессы с увеличением внутренней энергии рабочего тела (dT>0 и dU>0) и процессы с уменьшением внутренней энергии (dT<0 и dU<0).

Границей между процессами увеличения и уменьшения внутренней энергии служит изотерма (n = 1).

В соответствии с вышеизложенным принято разделять все политропные процессы расширения и сжатия на 3 группы (Рисунок 4).

Первую группу составляют политропные процессы, имеющие зна­чение n в пределах .

Процессы расширения в первой группе имеют следующие характеристики: dυ>0; dS>0; dS>0 и, следовательно, l>0; q>0 и ∆U>0, т.е. подводимое тепло в этих процессах рас­ходуется на совершение работы и увеличение внутренней энергии рабочего тела.

Процессы сжатия в первой группе имеют характеристики: dυ<0; dS<0; dT<0 и, следовательно, l<0 и q<0; ∆U<0, т.е. уменьшение внутренней энергии и затрачен­ная работа, взятая из окружающей среды, расходуются на тепловую энергию, отводимую в окружающую среду.

Вторую группу составляют политропные процессы, имеющие показатель п в пределах 1<n<k.

Процессы расширения во второй группе имеют следующие характеристики: dυ>0; dS>0; dT<0 и, соответственно, l>0; q>0 и ∆U<0, т.е. работа в этих процессах совершается счет уменьшения внутренней энергии рабочего тела и тепловой энергии, подводимой извне.

Процессы сжатия во второй группе имеют характеристики: dυ<0; dS<0 и dT>0 и, соответственно, l<0; q<0, и ∆U>0, т.е. работа сжатия, подводимая извне, затрачивается на увеличение внутренней энергии рабочего тела и тепло, отводимое в окружающую среду.

Третью группу составляют политропные процессы, имеющие показатель n в пределах .

Процессы расширения в третьей группе имеют характеристики: dυ>0; dS<0; dT<0, откуда l>0; q<0; ∆U<0, т.е. в этих процессах внутренняя энергия расходуется на полезную ра­боту и тепло, отводимые в окружающую среду.

Процессы сжатия в третьей группе имеют характеристики: dυ<0; dS>0; dT>0, откуда l<0; q>0; ∆U>0, т.е. в этих процессах увеличение внутренней энергии происходит за счет работы сжатия и тепловой энергии, подводимых извне.

В теплотехнике, в тепловых двигателях, наибольшее примене­ние имеют политропные процессы второй группы.

1.3 Второй закон термодинамики и анализ термодинамических циклов

1.3.1 Второй закон термодинамики. Основные определения

Первый закон термодинамики утверждает положение об эквива­лентности перехода тепловой энергии в механическую и обратно и устанавливает количественные соотношения между изменениями раз­личных форм энергии в системе, но не раскрывает условий и направления протекания процессов взаимопревращения различных видов энергии.

Второй закон термодинамики, так же как и первый, установлен из опыта наблюдений за явлениями природы и основан на следующих опытных положениях.

1. Тепло может переходить самопроизвольно только от более нагретых тел к телам менее нагретым. Обратный процесс требует затраты энергии, подводимой извне.

2. Механическая энергия (работа) всегда может быть превра­щена в тепловую полностью и без остатка, но превращение тепловой энергии в механическую работу может быть осуществлено только частично, при этом, остаток тепла должен быть возвращен в окружающую среду при более низкой температуре.

Из этих и других положений и был сформулирован второй закон термодинамики, устанавливающий условия, при которых происходит превращение тепловой энергии в механическую работу.

Тепловая энергия, сообщенная рабочему телу в процессе, не мо­жет быть полностью превращена в механическую работу. В этом процессе получения механической энергии из тепловой, часть тепловой энер­гии, полученной телом от окружающей среды при более высокой тем­пературе, должна быть отдана в окружающую среду при более низкой температуре.