Тепловая машина идеальная

Рис. 20. Схема работы спаренных тепловых машин, работающих на идеальном (I) и реальном (II) газах

Следовательно, величина работы, производимая тепловой машиной, работающей по идеальному циклу Карно, зависит от разности температур нагревателя Тх и холодильника Гг и соотношения объемов рабочего тела в системе. При этом можно отметить, что изменение внутренней энергии Ai/ осталось постоянным, а работа была произведена только за счет частичного расходования энергии нагревателя на изменение состояния рабочего тела. [c.61]

Тепловая машина (рис. П.12) представляет собой цилиндр, изготовленный из абсолютно теплопроводящего материала, с невесомым поршнем, свободно перемещающимся в цилиндре. Рабочим телом в этой машине служит 1 моль идеального газа. Кроме того, к тепловой машине прилагаются два источника теплоты с различными температурами нагреватель (тело А с температурой Tj) и холодильник (тело В с температурой T a). Указанные источники теплоты имеют бесконечно большие размеры, позволяющие допускать, что в рассматриваемых процессах их температуры остаются постоянными. [c.91]

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]

Рассмотрим работу идеальной тепловой машины, в которой в качестве рабочего вещества применяется идеальный газ. За счет теплоты, поглощаемой от нагревателя, изменяется состояние газа и совершается работа. Машина работает по циклу, который состоит из четырех процессов 1) изотермического расширения 2) адиабатического расширения 3) изотермического сжатия 4) адиабатического сжатия. Все процессы проводятся обратимо, и газ после завершения цикла возвращается в исходное состояние. Допустим, что машина работает без трения и не теряет теплоты на лучеиспускание. Возьмем в качестве рабочего вещества 1 моль идеального газа, начальное состояние которого характеризуется температурой ТI, давлением рх и объемом VI (точка А, рис. 33). [c.95]

Экспериментально установлено, что если различные виды работы могут быть полностью обращены в теплоту и в идеальном случае могут полностью переходить друг в друга, то обратное преобразование невозможно, так как только некоторая часть теплоты превращается в работу при циклическом процессе. Здесь речь идет о закрытой системе, совершающей круговой термодинамический процесс, а не о единичном акте, так как в последнем случае согласно принципу эквивалентности преобразование тепла в работу можно произвести полностью. Такая система является, по сути дела, или тепловой машиной (система суммарно производит работу над источником работы), или холодильной машиной (источник работы суммарно производит работу над системой). Поэтому неудивительно, что изучение вопросов, связанных со вторым началом термодинамики, исторически обязано исследованию принципа действия тепловых машин, назначение которых состоит в превращении тепла в работу. В фундаментальном труде французского инженера Сади Карно Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу (1824) сделана первая, еще весьма несовершенная попытка сформулировать второе начало термодинамики. В труде Карно рассматриваются три основных вопроса 1) необходимое условие для преобразования теплоты в работу 2) условие, при котором трансформация теплоты в работу может достигнуть максимального эффекта 3) зависимость коэффициента полезного действия тепловой машины от природы рабочего вещества. В труде Карно был сделан совершенно правильный вывод, что коэффициенты полезного действия всех обратимых тепловых машин одинаковы и не зависят от рода работающего тела, а только от интервала предельных температур, в котором работает машина. [c.88]

Цикл Карно — это идеальный цикл. Его невозможно в точности осуществить в реальной тепловой машине, потому что нельзя обеспечить изотермический подвод п отвод теплоты, а также расширение и сжатие рабочего тела без теплообмена с окружающей средой. Тем не менее исследования Карно имеют большое значение. Они показали, в частности, что для повышения экономичности тепловых двигателей надо осуществлять подвод теплоты к рабочему телу при возможно более высокой температуре, а отвод — при возможно более низкой. [c.32]

Чтобы получить математическое выражение второго начала термодинамики, следует более детально рассмотреть действия идеальной тепловой машины. Идеальной тепловой машиной мы называем такую машину, которая работала бы без трения и без потерь теплоты. В ней рабочим телом является идеальный газ. Работа машины основана на принципе обратимого термодинамического цикла, называемого циклом Карно. [c.66]

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]

На практике в качестве рабочего тела тепловых машин, а также теплоносителя в теплообменниках используют веш,ества, значительно отличающиеся от идеального газа. Обычно это вещества, обладающие большой теплоемкостью и, следовательно, высокой критической температурой. По этой причине эксплуатация подобных веществ протекает в той области состояний, где они резко отличаются от идеального газа. Рассмотрим термодинамические процессы таких веществ на Т—S-диаграмме. [c.111]

Так как > Т2, то коэффициент полезного действия машин может изменяться в пределах от О (при Т = Т2) до 1 (когда 7г = ОК). Однако получить к. п. д. тепловой машины = 1 невозможно, так как нельзя создать теплоприемник с температурой, равной абсолютному нулю. Поэтому даже в идеальном случае существует предел превращения теплоты в работу. [c.69]

Все эти выводы получены, как уже подчеркивалось, для идеального газа в качестве рабочего тела. Следовательно, коэффициент полезного действия цикла Карно есть максимальный коэффициент полезного действия тепловых машин, работающих циклами, и невозможно построить такую машину, которая, получив Q джоулей теплоты, превратила бы в работу больше энергии, чем riQ. [c.69]

Теорема Карно является основой теории тепловых (и холодильных ) машин. Она указывает, что для повышения КПД даже идеальной тепловой машины надо повышать наивысшую температуру Ti и понижать наинизшую температуру Т . Именно по этому пути идет современная теплотехника. В тепловых машинах применяют водяной пар, перегретый до высоких температур ( 1000 К), или сжигают топливо непосредственно под поршнем в двигателях внутреннего сгорания. Технически другой путь повышения КПД (понижение менее перспективен. [c.67]

Эту функцию ввел Р. Клаузиус (1865), назвал энтропией и обозначил буквой 5. Математическое выражение энтропии было получено им из цикла Карно, на котором основана работа тепловой машины. Графическое изображение циклических процессов представлено на рис. 2.1. Рабочее тело (1 моль идеального газа) получает от нагревателя с температурой Т некоторое количество теплоты Q и, расширяясь изотермически (кривая АВ), совершает работу Далее газ расширяется адиабатно, без подвода теплоты (кривая ВС) и его температура падает до Т-2. Совершаемая работа в этом процессе W2 [c.36]

Согласно Карно для периодического действия тепловой машины, т. е. превращения неограниченного количества теплоты в работу, необходимо по меньшей мере два тепловых резервуара с различающимися температурами — нагреватель и холодильник. Идеи Карно были восприняты и развиты математически Э. Клапейроном (1834), которым было также впервые предложено графическое изображение известного цикла Карно, состоящего из двух изотерм и двух адиабат идеального газа (рис. П1.3). [c.67]

Этот цикл называют идеальной тепловой машиной. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) цикла Карно и вообще наибольший возможный к. п. д. тепловой машины независимо от рода работающего тела можно выразить соотношением [c.67]

Согласно теореме Карно замена идеального газа любым другим веществом не приведет к изменению к. п. д. цикла Карно, замена же цикла Карно любым другим циклом приводит к меньшему к. п. д. (теорема Клаузиуса—Карно). Таким образом, даже в случае идеальной тепловой машины превращение теплоты в работу не может быть полным. [c.92]

Карно лемма (42) — для идеального газа в цикле Карно коэффициент полезного действия тепловой машины зависит только от температур теплоотдатчика (Tl) и теплоприемника (Т2) и равен (Tj — Tq)ITi. [c.311]

Для рассмотрения понятия энтропии и ее свойств необходимо разобрать процесс перехода теплоты в работу. Работа, как и другие виды энергии, может полностью переходить в теплоту. Противоположный процесс с количественных позиций был рассмотрен в начале XIX в. С. Карно. При допущении идеальных условий перехода теплоты в работу можно математически показать, что коэффициент полезного действия (к. п. д. — т)) воображаемой тепловой машины определяется соотношением [c.14]

Таким образом, при проведении цикла в идеальной тепловой машине (цикл Карно) и получении механической работы отношение полученной теплоты к температуре нагретого источника равно такому же отношению для холодного источника. Так как Q является в уравнений (6.15) приращением энергии, то можно это отношение записать в дифференциальной форме для элементарных циклов [c.147]

Итак, даже для самой совершенной (идеальной) тепловой машины существует предел превращения теплоты в работу. Теплота, получаемая от теплоотдатчика, может быть превращена в работу тем в большей степени, чем больше различие в температурах теплоотдатчика и теплоприемника. Там, где нет перепада температур, т. е. Т = Т2, невозможно превратить теплоту в работу. Только по этой причине нельзя использовать для получения полезной работы огромные запасы теплоты, заключенные в водах морей и океанов. [c.104]

Для ответа на вопросы о предельной возможности тепловой машины и о роли рабочего тела С. Карно рассмотрел процессы, протекающие в идеальной тепловой машине. Такой подход к решению поставленной задачи, по словам Ф. Энгельса, единственно правильный, потому что в обычной тепловой машине ...основной процесс не выступает в чистом виде, а заслонен всякого рода побочными процессами и только идеальная тепловая машина ...представляет процесс в чистом, независимом, неисккженном виде . [c.90]

Таким образом, при проведении цикла в идеальной тепловой машине (цикл Карно) и получении механической работы, отношение полученного тепла к температуре нагретого источника равно такому же отношению для холодного источника. Так как Q является в урав- [c.152]

Термический идеальный КПД ТЭ выше термического идеального КПД тепловых машин, л , который определяется по уравнению [c.23]

При 2 сю /(Х) — 1 и мы имеем идеальную тепловую машину (цикл Карно). К сожалению, в случае ТЭГ КПД далек от идеального случая, и значительная часть энергии теряется на раскачивание кристаллической решетки, не говоря уже о технических тепловых потерях. [c.33]

Обратимся к рассмотрению указанного цикла. Допустим, что в тепловой машине в качестве рабочего тела применяется идеальный газ. Изменением состояния газа осуществляется работа машины за счет поглощения теплоты от некоторого теплоотдатчика. [c.137]

Приведенное утверждение можно рассматривать как следствие невозможности перпетуум-мобиле второго рода. Схема рассуждений такова. Вначале берем в.качестве рабочего тела идеальный газ. Пользуясь уравнениями Клапейрона — Менделеева и Пуассона, подсчитываем коэффициент полезного действия тепловой машины, в которой идеальный газ в качестве рабочего тела совершает обратимый цикл, ограниченный двумя адиабатами и дв я изотермами (цикл Карно, рис. 7). Подсчет показывает, что коэффициент полезного действия равен разности температур теплоисточника и холодильника, деленной на абсолютную температуру теплоисточника. Выполним этот подсчет. Идеальный газ, содержащийся в цилиндре машины, расширяясь, выталкивает поршень и производит работу. При этом в первой изотермиче- [c.62]

Идеальной тепловой машиной, в которой при использовании высокотемпературных и низкотемпературных источников тепла происходит преобразование тепловой энергии в механическую, является цикл Кар- [c.59]

Коэффициент полезного действия тепловой машины. При обратимом цикле с идеальным газом [c.653]

Са и — количество тепла, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику (для идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно). [c.21]

Физическим образом символа является цикл, а его техническим аспектом — тепловая машина, если рассматривается система с механической и тепловой степенями свободы. Для идеального газа, газа Ван-дер-Ваальса и газов, подчиняющихся остальным известным уравнениям состояния, непосредственный расчет показывает, что во всех случаях по любому циклу [c.22]

Найдем величину коэфициента полезного действия Ч одного какого-нибудь обратимого цикла. Выбор последнего, как будет дальше показано, безразличен. Обычно рассматривают цикл Карно ( 236), ввиду его сходства с теми циклами, которые совершают тепловые машины, применяемые в технике. Мы, однако, можем рассмотреть более простой цикл, осуществляемый одним молем идеального газа, наполняющим цилиндр с поршнем. Нагреватель имеет температуру Т + с1Т и холодильник—температуру Т. Оба они настолько велики, что их температуры не изменяются от отбирания от них или отдачи им теплоты в течение одного цикла. Поршень двигается без трения и все части цикла ведутся обратимым путем. [c.294]

Найденные выше значения максимальных работ при раз-личных процессах расширения идеального газа позволяют рассчитывать предельный коэффициент полезного действия т тепловой машины, которая использует идеальный газ в качестве рабочего вещества и работает за счет теплоты тепло-отдатчика, отдавая неиспользованную теплоту другому более холодному резервуару, называемому теплоприемником. [c.33]

ИДЕАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ [c.143]

Уравнение (УП1,2) соблюдается независимо от того, идеальна или нет тепловая машина. Но для идеальности машины нужно принять ряд мер, не вытекающих из уравнения (УП1,2). [c.149]

В принципе такое устройство можно реализовать, если выставить открытый холодильник в открытое окно (эффект, правда, будет минимальный). Тепловые насосы вследствие их чрезвычайно большого к. п. д. представлянэт принципиальный интерес для целей отопления. Из уравнения (5.8) следует, что, например, при Ti = = 289° К и T a = 273° К 18-кратное количество потребляемой электрической энергии (в (Идеальном случае) переходит в теплоту. Реализация тепловых машин вследствие высокой себестоимости и эксплуатационных расходов до сих пор не осуществлена, однако применение маленьких агрегатов уже в настоящее время может оказаться экономически целесообразным . В связи с этим представляет особый интерес использование эффекта Пельтье в полупроводниках. [c.31]

Первое начало термодинамики применимо к описанию как обратимых, так и необратимых процессов. В некоторых случаях можно воздействовать на систему таким образом, чтобы необратимый термодинамический процесс протекал обратимым путем. Для этого, как правило, систему необходимо снабжать специальным устройством для совершения работы. Для пояснения этого утверждения удобно сослаться на пример передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Если оба тела привести в соприкосновение, то будет происходить самопроизвольный процесс передачи теплоты от одного тела к другому до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются. Этот процесс носит необратимый характер, так как проведение процесса в обратном направлении без совершения работы невозможно. Тем не менее процесс передачи теплоты можно сделать обратимым, если для этого использовать тепловую машину, например на основе цикла Карно, с идеальным газом. В этом случае система наряду с передачей теплоты будет совершать определенную работу, которая в обратном процессе может быть использована для передачи теплоты от менее нафетого тела к более нагретому [c.18]

Важнейшей энергетической характеристикой любой холодильной машины является ее холодильный коэффициент z — Q /А, где Q - холодопроизводительность А - затраченная работа. Можно показать, что холодильный коэффициент термоэлектрической холодильной машины определяется добротностью термоэлектрика Д причем холодильный коэффициент стремится к своему максимальному значению Вкарно при 2 00. Здесь е арно холодильный коэффициент идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно. Поэтому основная задача термоэлектрического материаловедения -это повышение добротности термоэлектриков [1-4]. [c.119]

Исторически Т. возникла как учение о взаимопревращениях теплоты и механич. работы (механич. теория тепла). Толчком к созданию Т. послужило развитие теплотехники и, в частности, изобретенне паровой машины в конце 18 в. Однако значительную роль в создании Т. сыграли многие более ранние открытия в естествознании, в т. ч. изобретение термометра (Галилей, 1592), создание первых температурных шкал (Бойль, 1695, Цельсий, 1742), введение понятий о теплоемкости и так наз. скрытых теплотах — теплоте плавления и теплоте испарения (Блек, 1760—62), и, наконец, установление газовых законов. Непосредственно к открытию первого закона Т. привели опыты Румфорда (1798), к-рый наблюдал выделение большого количества теплоты нри сверлении пушечного ствола, и гл. обр. исследования Майера (1841—42) и Джоуля (1843) по установлению принципа эквивалентности между работой и теплотой и измерению механич. эквивалента теплоты. Основой второго закона Т., сформулированного Клаузиусом (1850) и Томсоном (Кельвином) (1851), послужил труд Карно (1823) Размышления о движущей силе огия и о машинах, способных развивать эту силу , в к-ром впервые был дан анализ работы идеальной тепловой машины (см. Карно цикл). Т. обр., Т. как наука сформировалась в середине 19 в. В последующем важнейшими этапами в развитии Т. явились создание общей теории термодинамич. равновесия (Гиббс, 1875—78) и открытие третьего закона Т. (Нернст, 1906). Параллельно расширялись области применения термоди-намич. законов в различных областях науки и техники. [c.47]

Без теплового контакта между нагревателем и тепловой машиной она не может получать теплоту от нагревателя. Если при этом температура тепловой машины будет меньше температуры нагревателя, то осуществится случай двух источников теплоты с различными температурами, соединенными теплопроводящим прутом. Роль второго источника теплоты будет играть тепловая машина. Переход теплоты от нагревателя к тепловой машине будет происходить без производсгьа работы. Ее, однако, можно получить при наличии двух источников теплоты. Подобная машина явно не была бы идеальной. [c.149]