Тепловая машина. Цикл Карно

Машиной называется периодический действующий механизм, который, пройдя ряд термодинамических состояний, возвращается в исходное состояние и этот процесс повторяется.

Рассмотрим устройство и работу тепловой машины, изобретенной французским физиком Карно.

С помощью своей тепловой машины Карно провел важнейший опыт, который лег в основу второго начала термодинамики. Для проведения своего опыта Карно использовал цилиндрический сосуд с нетеплопроводными стенками и с теплопроводным дном, заключив в этот сосуд один моль газа. Внутри стенок сосуда перемещался поршень, который давал газу возможность изменять свой объем . В процессе проведения опыта в системе, изобретенной Карно, протекало 4 процесса: изотермическое расширение, адиабатическое расширение, изотермическое сжатие, адиабатическое сжатие. Графики этих процессов представлены на рис. 33.

Рассмотрим работу идеальной тепловой машины, в качестве рабочего тела в которой используется один моль идеального газа (рис.33)

  1. Газ в сжатом состоянии. Поршень в положении j. Обеспечивается изотермическое расширение. Дно соприкасается с нагревателем.
  2. Газ расширяется до состояния k (P2V2T1), а затем, адиабатически, до состояния l (P3V3T2). Совершая работу газ охладится, поэтому Т2<Т1

3 .Для завершения цикла газ возвращается в исходное состояние за счет внешних сил – изотермически до состояния m.

  1. Далее, адиабатически возвращается в состояние j.

 

В результате цикла, газ, получив количество теплоты Q1 от нагревателя, и, передав часть тепла Q2 холодильнику, совершил внешнюю работу.

Возникает вопрос – возможен ли переход системы в первоначальное состояние без участия холодильника. Очевидно, что нет. Проведенный Карно опыт лег в основу второго начала термодинамики.

 

 

рис.33

Второе начало термодинамики- невозможен такой периодический действительный механизм, который бы все переданное ему тепло переводил бы в работу. Часть тепла должна быть отдана холодильнику.

 

Тепловая машина состоит из нагревателя, холодильника и рабочего тела (рис.34)

 

 

 

 

рис.34

 

 

КПД тепловой машины.

 

Энтропия - математическая абстракция вводимая, как мера беспорядка в системе и для описания термодинамических процессов.

Энтропия

 

Свойства энтропии.

1. Энтропия системы нескольких тел равна сумме энтропии этих тел;

2. При обратимых процессах энтропия неизменна, при необратимых возрастает энтропия;

3. Энтропия изолированной системы не изменяется ни при каких процессах ∆ S ≥ 0, ( при обратных процессах, но обратных процессов не бывает ).

Вопросы для самоконтроля.

1.Записать уравнение для работы при изотермическом процессе.

2. Что называется тепловой машиной?

3. Сформулировать второе начало термодинамики?

4. Что называют энтропией?

5. Свойства энтропии.

6. В чем заключается цикл Карно?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ