§35. Тепловые двигатели. 2-ое начало тд

относительно вечного двигателя 2-го рода

Опр.

Тепловым двигателем называется циклически действующий механизм, совершающий механическую работу за счет получаемой тепловой энергии.

В таком двигателе тело, которое получает тепло и, расширяясь, совершает работу, называется рабочим телом.

Как правило, в качестве рабочего тела тепловых двигателей используются газы. В реальных тепловых машинах одна порция газа может быть заменена другой, но с теми же исходными параметрами состояния. Это позволяет при теоретическом расчете считать, что в качестве рабочего тела используется одна и та же порция газа, периодически возвращаясь в исходное состояние с определенным значением внутренней энергии.

Тело, от которого рабочее тело получает тепло за цикл, принято называть нагревателем. В ДВС тепло берется от энергии сгорания топлива, при этом температуру сгорания можно считать температурой нагревателя.

Пусть Q1 – тепло, переданное телу нагревателем за цикл. Тело, которому рабочее тело отдает тепло за цикл, называется холодильником. Тогда- тепло, переданное рабочим телом холодильнику за цикл.- количество тепла, полученное рабочим телом от холодильника за цикл, т.к. количество тепла определяется по отношению к рабочему телу.

Тогда , при этомза цикл для тепловой машины. Следовательно, за цикл

Из первого начала термодинамики следует ,т.к.по определению.

Опр.

Двигатель, в котором работа, им совершенная, была бы больше переданного рабочему телу тепла, называется вечным двигателем 1-го рода. Он не возможен по первому началу термодинамики.

Из второго начала термодинамики следует, что . Действительно, если, то всю теплоту, переданную рабочему телу за цикл. Перевели бы в работу, а работу всегда можно полностью перевести в тепло, т.е. передать его от более нагретого тела к менее нагретому. Таким образом, за счет тепла, полученного от нагревателя, переведя его полностью в работу, а затем, превратив эту работу посредством трения в теплоту, сообщили другому телу с более высокой температурой, мы бы без всяких изменений в окружающей среде передавали тепло от менее нагретых к более нагретым телам, что невозможно по второму началу термодинамики.

Формулировка 2-ого начала термодинамики относительно тепловых машин:

Невозможен процесс, единственным конечным результатом которого явилось бы совершение телом работы, равной количеству полученной им теплом (невозможен вечный двигатель второго рода).

В холодильных установках тепло передается от менее нагретого тела к горячему, но для этого необходим компенсирующий процесс совершения работы внешними телами.

Второй закон термодинамики, таким образом, указывает на существенное различие двух форм передачи энергии – теплоты и работы. Он утверждает, что процесс преобразования упорядоченного движения тела в неупорядоченное движение частиц тела и внешней среды является необратимым, т.е. работу можно перевести в тепло. А обратно нет.

Упорядоченное движение может переходить в неупорядоченное без каких-либо внешних (компенсирующих) процессов (например, при трении). Обратно же переход из неупорядоченного в упорядоченное (из тепла в работу) не может быть самопроизвольно, но сопровождается внешними компенсирующими процессами.