Основні поняття
- Термодинамічний процес - перехід системи з одного термодинамічної стану в інше.
- Квазістатичний процес (рівноважний процес) -нескінченно повільний процес, що складається з послідовності рівноважних станів.
- Стан термодинамічної системи буде рівноважним. якщо всі параметри стану мають певні значення, які не змінюються з плином часу.
- Цикл або кругової процес - процес, при якому система після ряду змін повертається в початковий стан. Графічно цикл зображується замкнутої кривої.
Закони, принципи і співвідношення
Цикл Карно.
Розглянутий Карно теплової двигун складався з нагрівача з температурою Т1 холодильника з температурою Т2 і робочого тіла, тобто пристрою, здатного отримувати тепло і здійснювати роботу (див. рис. *). Під робочим тілом поки будемо розуміти ідеальний газ в циліндрі з поршнем.
Карно розглянув цикл з двох ізотерм і двох адіабати (рис. **).
При ізотермічному розширенні 1-2 газ знаходиться в контакті з нагрівачем (Т1). Нехай при цьому газ отримує тепло Q1. На изотерме 3-4 газ віддає тепло Q2 холодильника Т2.
Даний цикл є оборотним (якщо його проводити нескінченно повільно). Він може бути проведений в зворотному напрямку, і при цьому газ робить негативну роботу, нагрівач отримує назад тепло Q1. холодильник віддає газу тепло Q2. яке він отримав в прямому циклі.
Саме так в принципі працює будь-якої побутової холодильник. Подальші міркування найпростіше провести, зобразивши цикл Карно нема на діаграмі р, V. а на діаграмі S, Т (ентропія - температура). На цій діа- грамі цикл Карно має вигляд прямокутника (рис. ***).
Ізотерми зображуються прямими 1-2 і 3-4. адіабати - прямими 2-3 і 4-1. Отримане тепло Q1 = T1 (S2 -S1) і дорівнює площі під відрізком 1-2. Віддане холодильника тепло Q2 = T2 (S2 -S1) і дорівнює площі під відрізком 4-3. При цьому площа прямокутника, тобто дорівнює роботі А. яку здійснюють двигуном за цикл. Підставивши вирази Q1 і Q2 в формулу, отримаємо, що ККД циклу Карно:
При виведенні цієї формули не робилося ніяких припущень про властивості робочої речовини і пристрої теплового двигуна. Звідси випливає знаменита теорема Карно: ККД оборотних двигунів, що працюють за циклом Карно, залежить тільки від температур T1 і T2 - нагрівача і холодильника, але не залежить ні від пристрою двигуна, ні від роду робочої речовини,
Приклад. З'ясуємо, в якому випадку ККД циклу Карно підвищується більше: при збільшенні температури нагрівача на # 916; Т або при зменшенні температури холодильника на таку ж величину. З цією метою візьмемо приватні похідні по Т1 і Т2 вираження для ККД:, nbsp Так як T2