Частные вопросы курса физики. Александров В.Н - 97 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МПГУ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

96
Цикл Карно и его КПД
Для построения машины, преобразующей тепловую энергию в
механическую, необходимо устройство, обычно работающее циклически.
Любая термодинамическая машина содержит 3 принципиальные части:
1) источник энергии – нагреватель,
2) устройство для отвода тепла и возвращения машины в исходное
состояние – холодильник,
3) любое физическое тело, которое служит посредником,
обеспечивающим процесс преобразования тепловой энергии в
механическую, называется рабочим телом.
Рассмотрим такой процесс
графически (рис. 5.13).
Для перехода газа из состояния 1 в 2
вдоль кривой (1 а 2) необходимо
сообщение тепла Q
1
. Произведенная при
этом работа численно равна площади
криволинейной трапеции (1a22
1
1). Для
того чтобы результирующая за цикл
работа не была равна нулю, газ надо
вернуть в исходное состояние по кривой
(2 b 1), для чего часть тепла (Q
2
) должна
уйти в холодильник. Площадь дважды
заштрихованной области будет
соответствовать работе, произведенной
над газом в этом процессе.
Полезная работа определяется
площадью внутри кривой (1 а 2 b 1) A = Q
1
–
Q
2
, при этом КПД цикла
12
11
A Q Q
η
QQ

. (5.38)
Выражение (5.38) справедливо для
любого процесса, но из него не следует
никакой информации о нагревателе,
холодильнике и способе передачи тепла.
Для понимания этих вопросов Карно в
1824 г. рассмотрел идеальную тепловую
машину, работающую по замкнутому
циклу. Цикл Карно состоит из двух
адиабат и двух изотерм и представлен
графически на рис. 5.14. Опишем его,
начиная от состояния 1 и считая, что
количество газа равно одному молю.
V
4
Рис. 5.13
P
V
1
2
a
b
Q
1
Q
2
Рис. 5.14
P
V
V
1
V
2
V
3
Q
1
3
2
1
4
T
1
T
2
1
2
Q
2
0
0 
                               Цикл Карно и его КПД

       Для построения машины, преобразующей тепловую энергию в
механическую, необходимо устройство, обычно работающее циклически.
Любая термодинамическая машина содержит 3 принципиальные части:
       1) источник энергии – нагреватель,
       2) устройство для отвода тепла и возвращения машины в исходное
          состояние – холодильник,
       3) любое     физическое      тело,   которое       служит     посредником,
          обеспечивающим процесс преобразования тепловой энергии в
          механическую, называется рабочим телом.
       Рассмотрим       такой      процесс
графически (рис. 5.13).                                           Q1
       Для перехода газа из состояния 1 в 2    P                              2
вдоль кривой (1 а 2) необходимо
сообщение тепла Q1. Произведенная при                        a
этом работа численно равна площади                                 b
криволинейной трапеции (1a22 1 1). Для                                        Q2
того чтобы результирующая за цикл                    1
работа не была равна нулю, газ надо
вернуть в исходное состояние по кривой
(2 b 1), для чего часть тепла (Q2) должна
уйти в холодильник. Площадь дважды
заштрихованной         области        будет                                      V
соответствовать работе, произведенной
над газом в этом процессе.                   0         1                  2
       Полезная     работа     определяется                  Рис. 5.13
площадью внутри кривой (1 а 2 b 1) A = Q1 –
Q2, при этом КПД цикла                         P
                                                    1          Q1
                 A Q1  Q2
             η             .       (5.38)
                Q1     Q1
     Выражение (5.38) справедливо для                               T1
любого процесса, но из него не следует                                         2
никакой информации о нагревателе,                       4
холодильнике и способе передачи тепла.
Для понимания этих вопросов Карно в
1824 г. рассмотрел идеальную тепловую                          Q2                  3
                                                                         T2
машину, работающую по замкнутому
циклу. Цикл Карно состоит из двух
адиабат и двух изотерм и представлен 0              V1 V4                     V2 V3    V
графически на рис. 5.14. Опишем его,
начиная от состояния 1 и считая, что                        Рис. 5.14
количество газа равно одному молю.

96

Страницы