Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции Термодинамика

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
01.06.2015
Размер:
882.76 Кб
Скачать

Термодинамика 121

Реальные процессы

Обратимый процесс – это идеальный процесс. Совершаемые в природе процессы изменения состояния являются необратимыми процессами. Реальные тепловые процессы всегда необратимы, т.к. они сопровождаются теплообменом (тепловыми потерями) и трением.

Термодинамика 122

Работа при необратимом процессе

Если тело необратимо переходит из одного состояния в другое, то работа, производимая при этом, будет меньше той работы, которая была бы совершена при обратимом процессе:

Lнеобр < Lобр

Если в системе происходит необратимый процесс, то для ее возвращения в первоначальное (исходное) состояние должна быть затрачена работа извне.

Термодинамика 123

КПД при необратимых циклах

Для необратимых циклов вследствие тепловых и механических потерь:

ηнеобр <ηобр

Термодинамика 124

Интеграл Клаузиса

С учетом знаков (подвод тепла «+», отвод «–») уравнение для цикла Карно можно записать так:

Q1

+

Q2

= 0

T

T

 

 

1

2

 

Любой обратимый цикл можно разбить на бесконечно малые участки, каждый из которых является циклом Карно. Тогда:

Qi = 0 v∫ dQ = 0

цикл Ti T

Термодинамика 125

Неравенство Клаузиса

Для необратимого цикла Карно

Q1

+

Q2

< 0

T

T

 

 

1

2

 

Для произвольного цикла справедливо:

v∫ dQT 0

знак «=» – для обратимых; знак «<» – для необратимых.

Термодинамика 126

Энтропия

Величина S, дифференциал которой равен отношению бесконечно малого подвода тепла при обратимом процессе к температуре тела, называется энтропией.

dS = δQ

T обр

Энтропия – функция состояния. Она зависит только от термодинамических параметров в каждом состоянии и не зависит от пути перехода между состояниями тела.

Термодинамика 127

Законы термодинамики

Из второго закона термодинамики для обратимых процессов:

δQ =TdS

Первый закон термодинамики тогда запишется:

TdS = dU +δL

Для идеального газа:

TdS = cvdT + pdV

Термодинамика 128

Энтропия для необратимых процессов

Для необратимых процессов:

dS > δQ

T необр

Для произвольных процессов:

dS δTQ

Термодинамика 129

Изменение энтропии замкнутых систем

Система называется адиабатно замкнутой

(изолированной), если она не обменивается теплом и веществом с окружающими ее телами.

В этом случае:

δQ = 0

Тогда:

dS 0

Энтропия замкнутых систем не уменьшается!

Термодинамика 130

Философский смысл

Из статистической физики следует, что энтропия – это мера термодинамического беспорядка в системе.

Таким образом, изолированная термодинамическая система самопроизвольно стремится к термодинамическому беспорядку (хаосу).

Термодинамика

131

 

Ts диаграмма

 

Большое значение при изучении термодинамических процессов имеет их изображение на Ts диаграмме. (Это возможно, так как энтропия также является

параметром состояния). Т.к.

s2

δq =Tds

q = Tds

s1

то на ней площадь, под кривой процесса, равна теплоте, подводимой (отводимой) в процессе. Поэтому T–s диаграмму называют тепловой диаграммой.

В свою очередь, p–v диаграмма – рабочая диаграмма.

 

 

Термодинамика

132

 

 

 

T b

КПД на Ts диаграмме

 

c

КПД цикла, изображен-

S

 

ного на T-s диаграмме,

 

равен отношению

 

dплощади внутри цикла к площади под самой

a

e s

верхней кривой цикла:

 

 

 

η =

S

 

 

 

S(abcde)

 

Термодинамика 133

Процессы в газе на Ts диаграмме

T

адиабата

изохора

 

изобара

изотерма

s

Термодинамика 134

Цикл Карно на Ts диаграмме

T

T

s

s

Можно показать, что максимальный КПД цикла при заданной разности температур T нагревателя и холодильника и заданной разности энтропий s достигается при Цикле Карно.

Термодинамика 135

Цикл Карно на Ts диаграмме

При исследовании обрати- T мых циклов степень

совершенства произвольного обратимого цикла определяется тем, насколько термический

s КПД этого цикла близок к

термическому КПД обратимого цикла Карно, осуществляемого

между крайними температурами и крайними значениями энтропии.

Термодинамика 136

Цикл Карно на Ts диаграмме

Отношение площадей произвольного цикла и цикла Карно, в который «вписан» выбранный цикл, называется коэффициентом заполнения цикла μ < 1.

Чем больше коэффициент заполнения μ, тем ближе цикл к наиболее эффективному преобразованию тепла в работу.

Совершенствование циклов с целью приближения к циклу Карно (увеличение коэффициента заполнения цикла) называется карнотизацией цикла.

Термодинамика 137

Основные соотношения термодинамики для переходов тепла

Термодинамика 138

Количество тепла при нагреве тела

Количество теплоты, необходимое для нагрева массы m вещества теплоемкости c от температуры tн до температуры tк , определяется выражением:

Q = mc(tк tн)

Тепло, необходимое для нагрева жидкости от температуры tн до температуры tк , при движении её в канале с расходом G в течение времени τ, равно:

Q = Gc(tк tн) τ

G – масса жидкости, проходящая через какое-либо поперечное сечение (канал) в единицу времени [кг/с].

Термодинамика 139

Количество тепла при испарении

Количество теплоты, необходимое для испарения массы m какого-либо вещества равно:

Q = mr

r – удельная теплота парообразования Для воды r = 2, 26 106 Дж/кг

Процесс испарения обратим – конденсация. При конденсации выделяется тепло, равное mr.

Термодинамика 140

Количество тепла при плавлении

Количество теплоты, необходимое для плавления массы m какого-либо вещества равно:

Q = mλ

λ – удельная теплота плавления

Для льда λ = 0,334 106 Дж/кг

Процесс плавления обратим – затвердевание, кристаллизация.

При затвердевании выделяется тепло, равное mλ.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.