IpOTbl.

||s; Поэтому приведенное выше представление о равновесном процессе Ькак о ряде последовательных состояний равновесия можно дополнить БІледУіощим: равновесным процессом называется такой, который в пре- Щеле протекает при отсутствии разности давлений и температур Шаежду рабочим телом и окружающей средой. Таким образом, равновес­ий ый процесс является предельным случаем неравновесного процес­са при стремлении скорости этого процесса к нулю. Именно поэто­му такие равновесные процессы иногда называют квазистатиче-

ІКИМИ.

Для термодинамики большое значение имеет и другая характерис­тика процесса — его обратимость.

fr'-' Пусть после прямого процесса 1-2 следует обратный процесс 2-1 !так, что всеми своими точками совпадает с прямым процессом, т. е. Проходит в обратной последовательности через те же состояния, что >и прямой. Получить такое совпадение состояний в прямом и обрат­ном процессах можно лишь в том случае, если процессы эти равновес­ные. В самом деле, если процесс неравновесный, то в зависимости от ^направлений процесса в газе должны существовать поля давлений и Бте'мператур, разные по своему распределению, и поэтому для одного й ЕЬъго же положения поршня в прямом и обратном процессах состояния рабочего тела будут разными. Для равновесного же процесса каждому йбложению поршня всегда соответствуют единые давление и температу­ра газа независимо от направления движения поршня через данную Цэчку. В результате обращения процесса рабочее тело возвратится 8'первоначальное состояние, т. е. в точку /.

При совпадении прямого и обратного процессов термодинамической системы вернется в исходное состояние также и окружающая среда, рлощади под прямым и обратным процессами одинаковые по размеру, ир разные по алгебраическому знаку, поэтому положительная р;:бота процесса расширения 1-2 окажется равной отрицательной работе про- gecca сжатия 2-1, а количество теплоты, подведенное к рабочему телу

[юцессе 1-2 из окружающей среды (см. рис. 8, а), окажется равным ичеству теплоты, отведенному в окружающую среду в обратном цессе 2.-1. Поскольку крайние точки обоих процессов одни и те же, вменение внутренней энергии между ними одинаковое по размеру, іазное по знаку. Поэтому если в прямом процессе внутренняя знер- возрастала, то настолько же она уменьшится в обратном процессе, аоборот.

Таким образом, в результате обоих процессов никаких изменений 1 рабочем теле, ни в окружающей среде не произойдет. Іроцессы, подобные описанному, называются обратимыми. Следова- >но, обратимым называется равновесный процесс, проходящий тмом и обратном направлениях через ряд одинаковых состояний,

но в обратной последовательности, и возвращающий как рабочее тело, ■ так и внешнюю среду в исходное состояние. ■

Если хотя бы одно из указанных условий не выполняется, то про- ^: цесс является необратимым.

Для получения обратимого процесса должны быть созданы условия, указанные выше для равновесных процессов. К ним относятся отсутст­вие (в пределе) разности давлений и температур между рабочим телом и окружающей средой в любой момент времени.

На рис. 6, б изображен обратимый процесс 1-2 расширения. Пл. ІЧ222' под. процессом расширения — удельная работа /_обр, совершае­мая рабочим телом, и одновременно это работа сил внешней среды, ; сопротивляющихся расширению рабочего тела. Это соответствует ус­ловию бесконечно медленного протекания обратимого процесса при равенстве сил, действующих на внутреннюю и наружную поверхности поршня. Работа, совершаемая рабочим телом, при этом полностью передается внешней среде. Если внешние силы меньше внутренних сил на конечное значение, то процесс пойдет с конечной скоростью и окажется необратимым. Пусть изменение внешних сил условно изоб­ражается кривой 1-3, лежащей под кривой 1-2. Тогда пл. 14133* должна графически представлять работу, фактически переданную во внешнюю среду, т. е. удельную работу необратимого процесса /_необ Из рис. 6, б видно, что /_рбр > /_неО0- Полученное неравенство отражает основное свойство обратимых процессов расширения: работа обрати­мых процессов, передаваемая вовне, всегда больше, чем работа при необратимом протекании процесса.

В обратимом процессе сжатия 2-1 удельная работа, затраченная внешней средой и воспринятая рабочим телом /_об„, определяется пл. 2'251.

При необратимом процессе сжатия внешние силы должны быть больше внутренних сил на конечную величину' и поэтому затрачивае­мая работа необратимого процесса /_наоб определяется пл. 2'251. Из рис. 6, б видно, что в этом случае /_обр < /_необ. Это неравенство также иллюстрирует свойство обратимых процессов сжатия; затрачивае­мая работа в обратимых процессах всегда меньше, чем в необратимых.

Часто оба эти свойства обратимых процессов объединяют в одном понятии, называемом принципом максимальной работы.

Физике известны два процесса, являющиеся обратимыми при усло­вии бесконечно медленного их протекания. К ним относятся изотерм- ный, идущий при неизменной температуре, и адиабатный, не сопро­вождающийся теплообменом о внешней средой. Изотермный процеса 1-2 (см. рис. 8, б) проходит при одинаковой температуре источника и рабочего тела, поэтому, естественно, обеспечиваются условия передачи отводимой от тела теплоты в обратном процессе источнику теплоты ИТ, от которого в прямом процессе эта теплота была заимствована. Выше указывалось, что при совпадении прямого и обратного процес­сов эти количества теплоты равны по абсолютному значению, но про­тивоположны по знаку. То же можно сказать в отношении работы, ко­торой обменивается рабочее тело в окружающей средой. В результате протекания процесса в обоих направлениях и тело и среда возвратятся

в исходное состояние, что и обусловит обратимость изотермного про­цесса.

При выполнении определенных условий можно представить себе обратимым любой термодинамический процесс. Эти условия состоят в том, что процесс должен быть разбит на бесконечно большое количе­ство элементарных процессов (рис. 10), каждый из которых взаимодей­ствует со своим ИТ, Таким образом, и источников теплоты в этом слу­чае должно быть бесконечно большое количество. Элементарные же процессы предполагаются настолько малыми, что дают возможность считать температуры тела в их пределах постоянными, а при переходе от одного элементарного процесса к другому — температуру рабочего тела, изменяющуюся на бесконечно малую величину. Если все эти источники теплоты имеют температуры, равные температурам рабочего тела на обслуживаемых ими участках, то рассматриваемый процесс оказывается разбитым на бесконечно большое количество элементарных обра­тимых процессов. При последователь­ном обращении всех этих процессов можно, очевидно, обратить и весь конеч­ный процесс любого вида.

Необратимость процессов, происхо­дящих в реальных тепловых машинах, как уже отмечалось, вызывается прежде всего конечной скоростью протекания процесса. В дополнение к этому необра­тимость обусловливается также нали­чием трения, пластическими деформа- Ряс. 10. Произвольный обрати- циями и тепловыми потерями в окру- ^мь|й процесс

жающую среду, т. е. факторами, имею­щими место в действительных тепловых машинах. Так, например, в процессе расширения на преодоление трения расходуется некоторая доля работы, совершаемой рабочим телом, поэтому потребителю пере­дается меньше работы, чем передавалось бы при отсутствии трения. Наоборот, при сжатии потребуется больше работы, так как кроме сжа­тия газа необходимо еще преодолевать трение, на что также расходуется работа.

Следовательно, условиями обратимости термодинамического про­цесса являются квазистатичность изменений состояния системы, уча­ствующей в процессе, отсутствие трения и других диссипативных фак­торов. Обратимые процессы являются следствием идеализации реаль­ных необратимых процессов.

В связи с вышеизложенным второй закон термодинамики примени­тельно к тепловым процессам можно сформулировать так: процесс, при котором не происходит никаких изменений, кроме передачи те­плоты от горячего тела к холодному, является необратимым, поэтому теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких- либо других изменений в термодинамической системе, например без затраты работы. В этой формулировке, так же как и в предыдущих, раскрывается сущность второго закона термодинамики.