ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Поскольку часть тепла рабочее тело отдает холодильнику, работа двигателя за один цикл не пре-
восходит величину
21
QQA −= . С учетом этого (2.6.2) принимает вид
1
2
1
21
1
Q
Q
Q
QQ
−=
−
=µ . (2.6.3)
Отсюда следует, что коэффициент полезного действия теплового двигате-
ля не может быть равен или большем единицы. Он всегда меньше единицы.
Естественно поставить следующий вопрос. Каким должен быть замкнутый
цикл, чтобы двигатель имел максимальный коэффициент полезного действия?
Ответ на этот вопрос получил французский инженер Сади Карно. Он показал,
что этот цикл должен состоять из двух изотерм и двух адиабат (рис. 2.6.1).
Цикл Карно наиболее эффективный цикл. Он имеет самый большой коэффи-
циент полезного действия. Рассмотрим термодинамические процессы этого
цикла. На участке 1–2 происходит изотермическое расширение. Работа совер-
шается в результате подведения к рабочему телу некоторого количества теплоты
1
Q от нагревателя. На
участке 2–3 происходит адиабатическое расширение. При этом понижается температура газа до темпе-
ратуры холодильника
2
T и уменьшается его внутренняя энергия. Все изменение внутренней энергии
преобразуется в механическую работу. На участке 3–4 газ изотермически сжимается, передавая холо-
дильнику количество теплоты
2
Q . Работа сжатия равна этому количеству теплоты. Цикл завершается
адиабатическим сжатием на участке 4 – 1. При этом газ нагревается до температуры
1
T . Коэффициент
полезного действия цикла Карно вычисляется по формуле
1
21
T
TT −
=µ
. (2.6.4)
Из этой формулы следует, что для повышения коэффициента полезного действия двигателя нужно
повышать температуру нагревателя и понижать температуру холодильника. В качестве холодильника
обычно используется атмосфера. Поэтому реально увеличить кпд двигателя можно увеличивая темпе-
ратуру нагревателя. У различных тепловых двигателей кпд очень сильно отличается. Так у первых па-
ровых машин он был около 1 %, а у ракетных двигателей на жидком топливе он близок к 50 %.
2.7 Второй закон термодинамики
Первый закон термодинамики допускает много процессов, которые в действительности никогда не
происходят. Другими словами, многие процессы, наблюдаемые в природе, необратимы. Они всегда
протекают в одном направлении и без воздействия внешних тел не протекают в обратном направлении.
Камень падает на землю. Его кинетическая энергия при ударе о землю переходит во внутреннюю энер-
гию камня и грунта. Первый закон термодинамики допускает обратный процесс. Внутренняя энергия
камня и почвы переходит в кинетическую энергию камня, и он поднимается на некоторую высоту. Но в
действительности такого процесса никогда не происходит.
Макроскопические процессы протекают в определенном направлении. В обратном направлении они
протекать не могут. Такие процессы называются необратимыми. Таким образом, падение камня – это
необратимый процесс. Необратимость характерна лишь для макроскопических систем.
Другим примером необратимого процесса может служить теплообмен. Тепло самопроизвольно пе-
редается от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Переход тепла от тела с
меньшей температурой к телу с большей температурой никогда не наблюдается. Хотя первый закон
термодинамики такой процесс допускает.
Молекулы красителя равномерно распределяются по объему воды в стакане и окрашивают воду.
Никогда растворенный в воде краситель не собирается в какой-то части воды, хотя это не противоречит
первому закону термодинамики. Чтобы из всех возможных, с точки зрения первого закона термодина-
мики, процессов выделить реально самопроизвольно протекающие вводится второй закон термодина-
мики. Одна из его формулировок звучит так.
В циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теп-
лоты, полученное от нагревателя, в механическую работу.
Рис. 2.6.1
0
V
2
3
4
1
Q = 0
Q = 0
P
Q
1
Q
2
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- …
- следующая ›
- последняя »
