ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обоснование второго принципа термодинамики из "Современные методы термодинамического анализа энергетических становок " Все без исключения виды энергии и все энергетические процессы подчиняются принципу сохранения и преобразования энергии. Для тепловых процессов он носит название первого принципа термодинамики. Второй же принцип термодинамики действует только для тепловых процессов. [c.11] Второй принцип термодинамики вызван к жизни особыми свойствами тепла. Рассмотрим их на отдельных примерах. [c.11] Известно, что вырабатываемая на электрических станциях электрическая энергия в конечном итоге почти всегда превращается в тепло, рассеивающееся в окружающую среду. Только та небольшая часть электрической энергии, которая переходит в химическую, магнитную энергию или аккумулируется, может избежать этой участи. [c.11] Убедимся на примере в том, что такое преобразование энергии имеет глубокий смысл. [c.12] Допустим, что токарный станок приводится в движение электромотором. В нем электрическая энергия, заимствованная у электрических сетей, переходит в механическую энергию. Эта механическая энергия расходуется на работу трения при съеме резцом стружки и движении других деталей токарного станка. Работа трения неизменно переходит в тепло, которое обычно тут же излучается в окружающую среду или уносится охлаждающей водой для того, чтобы где-то быть переданным той же окружающей среде. [c.12] Если переход работы трения в тепло осуществляется при достаточно высокой температуре, то это тепло можно передать рабочему телу какой-либо тепловой машины. Тогда одна часть тепла снова перейдет в механическую или электрическую энергию, а другая часть попадет к окружающей среде. [c.12] питающие током электромотор, получают энергию от электростанций. [c.12] На рис. 1-1 показана схема последовательного перехода химической энергии топлива в работу трения резца токарного станка. [c.13] В паровом котле К химическая энергия топлива переходит при горении в тепло. Меньшая часть этого тепла уносится в дымовую трубу и излучается стенками котла в окружающую среду, а большая часть подводится к рабочему телу (например, к водяному пару). В турбине Т определенная часть тепла, подведенного к рабочему телу, переходит в работу вращения вала, а остальная часть уносится отработавшим паром в конденсатор и передается окружающей среде. [c.13] Вал турбины вращает ротор генератора электрического тока Г. При этом вращении в обмотке генератора индуцируется электрический ток, который по сетям направляется к потребителю электрической энергии. Таким образом, механическая энергия, снятая с вала турбины, превращается в электрическую. В электромоторе М электрическая энергия вновь переходит в механическую энергию вращения вала электромотора или, что то же, вала привода станка. В дальнейшем эта энергия переходит в работу трения, которая в виде тепла уходит в окружающую среду и становится совершенно бесполезной. [c.13] Легко убедиться в том, что процесс обточки деталей не сопровождается нарушением закона сохранения и преобразования энергии, ибо внесенная в топку котла электростанции энергия (химическая) не исчезла, а путем многообразных преобразований в итоге превратилась частично в тепло, отданное окружающей среде, и частично во внутреннюю энергию обработаюгой детали. К сожалению, закон сохранения и преобразования энергии не в состоянии объяснить, за счет чего токарный станок изменил форму и размеры обработанной детали, ибо он следит только за балансом (количественным) энергии. Из того же, что в конце концов отнятая у топлива энергия в той или иной части превратилась в бесполезное тепло, следует, что процесс обработки детали на станке обязательно сопровождается изменением качества энергии, участвовавшей в процессе этой обработки. [c.13] Таким образом, внимательный анализ показывает, что изменение формы и размеров детали, обработанной на токарном станке, произошло не за счет исчезновения какого-либо количества энергии, а за счет уменьшения ее потенциала, т. е. за счет ее деградации (ухудшения качества). [c.14] Анализируя работу тепловых электростанций, легко убедиться в том, что выработка на них электрической энергии не может иметь места без деградации тепла. Забегая несколько вперед, скажем, что величина деградации тепла определяется изменением энтропии. [c.14] Выше было показано, что на пути перехода химической энергии топлива в работу трения резца имел место ряд преобразований энергии химической в тепло, тепла в механическую энергию, механической в электрическую, электрической вновь в механическую и, наконец, механической в тепло. Как показывает опыт, не все перечисленные преобразования равноценны друг другу химиче-ческая, механическая и электрическая виды энергии могут целиком переходить в другие виды энергии (в том числе и в тепло) тепло не в состоянии полностью перейти в другие виды энергии, а перейдя к окружающей среде, не может даже частично само перейти в другие виды энергии. Объяснение этому можно найти в специфичности тепла. [c.14] Обычно представляют себе тепло как энергию беспорядочного движения микрочастиц (молекул, атомов, электронов и т. п.) при переходе ее от одного тела к другому. Электрическую энергию описывают как энергию упорядоченного движения электрических зарядов под действием электрического напряжения. Под механической энергией понимают энергию простейшего движения, представляющего собой изменение с течением времени пространственного расположения тел в поле сил. [c.14] Многолетние наблюдения и исследования привели ученых к выводу о том, что все виды энергии, кроме тепла, способны полностью переходить друг в друга, вероятно, потому, что являются энергиями упорядоченного движения микрочастиц, составляющих тело, или упорядоченного движения самих тел. [c.14] Невозможность полного перехода тепла в другие виды энергии объясняют невозможностью полной перестройки хаотического движения в упорядоченное. [c.15] Таким образом, невозможность полного перехода тепла в другие виды энергии и составляет ту специфичность, которая только ему и присуща. [c.15] Исследования корифеев термодинамики (С. Карно, Р. Клаузиуса, В. Томсона и др.) показали, что чем выше температура тела, воспринимающего тепло, тем большая часть последнего способна переходить в энергию упорядоченного движения (например, в механическую или электрическую энергию). Поэтому температура является очень важной характеристикой качества тепла с точки зрения энергетической ценности. [c.15] Покажем, что температура играет столь важную роль для оценки качества тепла не только там, где необходимо превращать его в другие виды энергии, но и там, где оно используется только в целях нагрева тел (при отоплении или при осуществлении технологических процессов предприятий). Рассмотрим для примера процесс отопления. [c.15] Вернуться к основной статье