ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Работа различных процессов. Цикл Карно из "Курс физической химии. т.1" Аналогичным образом можно выразить работу увеличения поверхности 5 раздела между однородными частями системы (фазами) 8Л=—где о—поверхностное натяжение. [c.41] Здесь р, —W, —3, — ])—силы в обобщенном смысле обобщенные силы) или факторы интенсивности-, и, 1г, а, з—обобщенные координаты или факторы емкости. [c.42] В каждом конкретном случае следует определить, какие виды работы возможны в исследуемой системе, н, составив соответствующие выражения для ЗЛ, использовать их в уравнении (I, 2а). Интегрирование уравнения ( , 24) и подсчет работы для конкретного процесса возможны только в тех случаях, когда процесс равновесен и известно уравнение состояния, связывающее факторы интенсивности и факторы емкости. [c.42] Для очень многих систем можно ограничить ряд уравнения (I, 24) одним членом—работой расширения. [c.42] Простейшим и важным для дальнейшего изложения является циклический процесс, называемый циклом Карно. [c.43] Цикл Карно—это обратимый цикл, состоящий из четырех процессов изотермического расширения при температуре Т , изотермического сжатия при температуре Т , адиабатного расширения и адиабатного сжатия газа. Этот цикл схематически изображен на рис. I, 3, его проекция на координатную плоскость р—и представлена на рис. 1,4. [c.43] Рассмотрим теплоты и работы отдельных процессов и суммарный результат всего циклического процесса для одного моля идеального газа (рабочее тело машины). [c.43] Здесь -г=Ср/С —отношение мольных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме. [c.44] Отношение A/Ql показывает, какая часть теплоты, поглощенной газом за один цикл, превращается в работу. Оно называется коэффициентом полезного действия (к. п. д.) цикла. В данном случае—это к. п. д. цикла Карно с идеальным газом, рассматриваемого как тепловая машина. [c.44] Цикл Карно равновесен, так как все составляющие его процессы равновесны. При проведении этого цикла в обратном направлении все характеризующие его величины имеют те же значения, что в прямом цикле, но обратные знаки. Теплота Q2 поглощается газом у тела с низшей температурой и некоторая часть ее Ql вместе с отрицательной работой А цикла передается телу с высшей температурой Т . Таким образом, в обратном цикле Карно работа превращается в теплоту и одновременно теплота переносится от тела с низшей температурой к телу с высшей температурой. Обратный цикл Карно дает схему действия и Эеалбноы холодильной машины. Коэффициентом полезного действия обратного цикла Карно называется отношение затраченной работы к теплоте, отданной нагревателю, т. е. та же величина что для прямого цикла. [c.45] Величина р характеризует эффективность использования работы А, затрачиваемой для отнятия теплоты 3а у холодильника. [c.45] Величина р может быть больше и меньше единицы. [c.46] Выше (стр. 33) говорилось, что работа (и теплота) не является функцией состолния системы и зависит от пути процесса, хотя бы и равновесного. Пользуясь циклом Карно, можно иллюстрировать это положение. Действительно, при переходе системы из состояния, характеризуемого точкой А (рис. I, 4, стр. 43), в состояние, характеризуемое точкой С, работа по пути AB не равна работе по пути AD . Их разность равна площади цикла. Очевидно, не равны и теплоты Qx и Q , получаемые системой, при изменениях ее состояния, происходящих по путям AB и AD . [c.46] Цикл Карно для идеального газа является идеальной, не осуществимой в практике схемой тепловой (холодильной) машины. В технической термодинамике рассматриваются другие циклы, более близкие к реальным процессам в тепловых машинах, и вычисляются коэффициенты полезного действия этих циклов. [c.46] Силовые циклы. Рассмотрим циклы, отражающие процессы в некоторых основных типах тепловых машин. [c.46] В поршневых паровых машинах рабочее тело—водяной пар охлаждается не в рабочем цилиндре, а в отдельном конденсаторе, что ухудшает теоретический коэффициент полезного действия, но уменьшает практические потери теплоты. Цикл процессов в паровой машине, без учета неравновесности их, отражается циклом Рэнкина (рис. I. 5). Изобарно-изотермический процесс АВ отвечает испарению воды в котле и наполнению рабочего цилиндра. После отсечки пара (точка В) происходит адиабатическое расширение пара в цилиндре (кривая ВС), а затем выбрасывание охлажденного пара при обратном движении поршня (изобарно-изотермический процесс СО). Коэффициент полезного действия цикла Рэнкина с насыщенным паром равен 0,29—0,36, а с перегретым паром составляет 0,34—0,46. [c.46] Процессы в двигателях внутреннего сгорания изображаются в упрощенном виде циклом Дизеля (рис. I, 6). [c.46] Точка С отвечает исходному состоянию цилиндр заполнен воздухом при атмосферном давлении. Затем воздух сжимается адиабатически (кривая СО). После этого открывается вентиль и в цилиндр подается под давлением жидкое топливо, которое воспламеняегся (при высокой температуре). Точка О отвечает состоянию системы в момент воспламенения топлива. Горение топлива проходит при постоянном давлении (прямая ОА), газ расширяется до объема, которому отвечает точка А. В этот момент подача топлива прекращается. Остальной части хода поршня соответствует адиабатическое расширение (кривая АВ). По достижении объема и давления, характеризуемых точкой В, открывается выхлопной клапан и давление в цилиндре быстро падает (прямая ВС). [c.47] Если процесс происходит между температурами 7 1=2000 К и 7 а=350 К с перепадом давления от 1=34 атм до ро=0,56 атм, то коэффициент полезного действия цикла Дизеля равен 0,56. Коэффициент полезного действия цикла Карно в тех же пределах температур был бы равен 0,82. [c.47] Вернуться к основной статье