Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс лекций по технической термодинамике.doc
Скачиваний:
147
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
3.72 Mб
Скачать
  1. Политропный процесс ()

Политропным процессомописывается любой закономерный процесс или совокупность отдельных закономерных процессов.

Рисунок 5 – Политропный процесс в pv- диаграмме

Уравнение политропы при постоянной теплоёмкости имеет вид

, (39)

где m- показатель политропы.

Характеристикой политропного процесса является величина

, (40)

где .

По величине показателя политропы mможно определить её относительное расположение вpv-диграмме и выяснить характер процесса, т.е. есть ли подвод или отвод теплоты, увеличение или уменьшение внутренней энергии газа.

Для процессов расширения:

1) m>1– теплота подводится(q>0),внутренняя энергия газа увеличивается (>0);

2) к>m>1– теплота подводится(q>0),внутренняя энергия газа уменьшается (<0);

3) m– теплота отводится(q<0),внутренняя энергия газа уменьшается(<0).

Для процессов сжатия:

1) m<1– теплота отводится, внутренняя энергия газа уменьшается;

2) к>m>1– теплота отводится, внутренняя энергия газа увеличивается;

3) m– теплота подводится, внутренняя энергия газа увеличивается.

Зависимость между начальными и конечными параметрами процесса:

между pиv , (41)

между Т и v , (42)

между pиT , (43)

Работа 1кг газаопределяется по следующим формулам

, (44)

, (45)

, (46)

, (47)

Если количество теплоты, участвующей в процессе, известно, то работа может быть определена , (48)

Теплоёмкость политропного процессаопределяется, (49)

Количество теплоты, сообщаемой газу или отнимаемой от него, определяется

, (50)

Изменение внутренней энергии газаопределяется

, (51)

, (52)

, (53)

Показатель политропного процессаопределяется, (54)

Изменение энтропии в политропном процессе

s2 –s1 = c ln T2 / T1 , где c = cv [ (m-k) / (m-1) ] (55)

ЛЕКЦИЯ № 8

Тема: второй закон термодинамики.

Первым законом термодинамики устанавливается:

1. эквивалентность взаимных превращений тепла и работы и, следовательно, количественные отношения между теплом и работой при этих превращениях;

2. постоянство энергии изолированной термодинамической системы;

3. взаимная связь между теплом, внутренней энергии системы и работой изменения объёма, совершаемой ею или совершаемой над ней окружающей средой.

Первый закон термодинамикихарактеризует процессы превращения энергии сколичественнойстороны.

Второй закон термодинамикихарактеризуеткачественную сторону этих процессов.

Первый закон ТД утверждает, что в природе теплота и работа эквивалентны и взаимопревращаемы. Но из первого закона ТД не указаны условия, при которых эти превращения теплоты и работы возможны, так как не все процессы в природе осуществимы. Например,Iзакон ТД не определяет направление переноса теплоты и не отвечает на вопрос- вся ли теплота переходит в работу или только какая – то ее часть и т.д.

Из опыта следует, что теплота переходит самопроизвольно только от более нагретого тела к менее нагретому, и работу можно превращать в теплоту, но не наоборот. Поэтому, между преобразованием теплоты в работу и наоборот, работы в теплоту существует различие.

В.Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1851 г. следующую формулировку: невозможно при помощи неодушевленного материального агента получить от какой-либо массы вещества механическую работу посредством охлаждения ее ниже температуры самого холодного из окружающих предметов.

М.Планк предложил формулировку более четкую, чем формулировка Томсона: невозможно построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к понятию некоторого груза и охлаждению теплового источника. Под периодически действующей машиной следует понимать двигатель, непрерывно (в циклическом процессе) превращающий теплоту в работу. В самом деле, если бы удалось построить тепловой двигатель, который просто отбирал бы теплоту от некоторого источника и непрерывно (циклично) превращал его в работу, то это противоречило бы положению о том, что работа может производиться системой только тогда, когда в этой системе отсутствует равновесие (в частности, применительно к тепловому двигателю – когда в системе имеется разность температур горячего и холодного источников).

Второй закон термодинамики указывает направление передачи теплоты, а также ее долю, которую возможно перевести в работу.

В 1850 году Р. Клаузиус дал следующую формулировку IIзакона ТД:«Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама собой».

В 1851 году У. Томсон дал другую формулировку IIзакона ТД:Не вся теплота, полученная от теплоотдатчика, может перейти в работу, а только некоторая её часть. Другая её часть неизбежно должна перейти в теплоприёмник».

В 1892 году В. Оствальд сформулировал IIзакон ТД так:«Осуществление вечного двигателя второго рода невозможно».

Если обобщить все формулировки, то получим следующую формулировку IIзакона ТД:«Любой реальный процесс является необратимым».

Следовательно, для существования теплового двигателя необходимо наличие теплоотдатчика (горячего источника), рабочего тела и теплоприемника (холодного источника).

Второй закон термодинамики определяет:

- направление, в котором протекают процессы;

- устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую;

- определяет максимальное значение работы, которая может быть произведена тепловым двигателем.

МатематическиIIзакон ТД записывается в виде:, (1)

где - бесконечно малое приращение энтропии системы;

- бесконечно малое количество теплоты, полученной системой от источника теплоты; - абсолютная температура источника теплоты.

Знак «>» соответствует необратимым процессам.

Знак «=» соответствует обратимым процессам.

Аналитически IIзакон ТД имеет вид:или(2)