Теоретические основы теплотехники - 16 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ном качестве. Если изменить знак разницы потенциалов, то такой процесс пойдет в обратном направле-
нии, и рабочее тело будет проходить через все те же самые состояния, через которые оно проходило в
прямом процессе и без остаточных изменений в окружающей среде. Поэтому равновесные процессы
называют еще обратимыми, отмечая этим одно из важных их свойств. Практика показала, что равновес-
ные процессы являются достаточно точными моделями почти всех реальных процессов.
Все реальные процессы протекают при некоторой конечной разности потенциалов
вн
pp
−
, соизме-
римой с величинами действующих потенциалов. Естественно, что процессы при этом протекают бурно,
быстро, интенсивно. Это вызывает нарушение однородности системы, возникновение внутренних взаи-
модействий между отдельными частями системы, что связано с преодолением внутреннего сопротивле-
ния в форме внутреннего трения, а при отсутствии механических перемещений – в других, специфиче-
ских формах. В такой ситуации часть подводимой или внутренней энергии затрачивается (но не теряется!)
на преодоление сопротивления. Эта часть энергии теряет свое качество и уже не может быть получена от
рабочего тела в прежнем виде. В каждый конкретный момент времени при этом отсутствует равновесие
между системой и средой, поэтому такие процессы называют неравновесными. Неравновесные процессы
необратимы – при изменении знака
p∆
процесс идет в обратном направлении, но совершенно через другие
состояния и стадии, при этом вновь проявляется действие внутреннего сопротивления.
Чтобы наглядно представить протекание и особенности равновесных и неравновесных процессов,
поместим в теплоизолированный цилиндр с подвижным поршнем один килограмм газа с параметрами р и
Т. В первом случае будем нагружать поршень, кладя на него по малой частице груза – по песчинке (см.
рис. 1.8). Добавив очередную песчинку, мы практически не обнаружим никаких изменений в системе,
поскольку последующее состояние будет отличаться от предыдущем бесконечно мало. Однако, на-
бравшись терпения и нагрузив на поршень достаточное количество песчинок, мы обнаружим, что пор-
шень переместился вниз, а температура и давление возросли и рабочее тело из состояния 1 перешло в со-
стояние 2. Если после этого снимать тоже по одной песчинке, то поршень начнет перемещаться вверх,
величины р и Т будут уменьшаться. Когда число песчинок на поршне снова станет равно n, то р и Т газа
будут такими же, какими они были при этом же числе песчинок в прямом процессе, поскольку внутрен-
нее трение в таких процессах отсутствует.
В другом случае на тот же поршень будем накладывать достаточно большие грузы – целые камни!
Когда мы положим на поршень очередной камень (см. рис. 1.9), то поршень резко переместится вниз.
При этом вблизи поршня возникает зона уплотнения, давление в которой будет выше, чем в других мес-
тах. Такое нарушение однородности вызывает импульс давления, который начинает распространяться
вниз, отражаться от днища цилиндра и направляться вверх, отражаться там и снова двигаться вниз.
Возникшие колебания будут продолжаться до тех пор, пока за счет внутреннего трения полностью не
сгладятся, и не установится новое равновесие между системой и средой. В течение неравновесного про-
цесса из-за неоднородности системы нельзя однозначно определить значения параметров газа, поэтому
процесс 1-2 изображают лишь условно. Если изменить знак p
∆
(резко снимать камни), то процесс пой-
дет в обратном направлении, но будет протекать по другому пути, поскольку часть энергии, подведен-
ной при нагружении поршня, трансформировалась в тепло (работа трения всегда трансформируется в
тепло), а полная трансформация этого тепла в работу при обратном процессе невозможна.
1.1.8 Принцип возрастания энтропии. Второй закон термодинамики
О, боже! Се твои законы,
Твой взор миры творит, блюдет
Г. Р. Державин
У
же отмечалось, что работа трения, сопровождающая неравновесные процессы, всегда трансформирует-
ся в тепло, что во время таких процессов в системе как бы возникает внутренний источник тепла. Это
приводит к увеличению энтропии рабочего тела и при отсутствии внешнего теплоподвода. Возрастание
энтропии при неравновесных процессах наблюдается и в тех случаях, когда механические взаимодейст-
вия, а значит и обычное трение, отсутствуют.

Страницы