ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Максимальная полезная внешняя работа из "Термодинамика " Основываясь на втором начале термодинамики, можно установить количественное соотношение между работой, которая могла бы быть совершена системой при данных внешних условиях в случае обратимого процесса, и действительной работой, производимой в тех же условиях при необратимом протекании процесса. [c.80] Потеря полезной внешней работы при необратимом переносе теплоты. [c.80] что производимая системой работа при необратимом процессе всегда меньше работы обратимого процесса, происходящего между теми же начальными и конечными состояниями и при тех же внешних условиях, вполне очевидно, и может быть проиллюстрировано на следующем примере. Предположим, что имеются два тела с температурами и T a (причем Та). Рассмотрим процесс переноса теплоты Qi от тела с температурой к телу с температурой Та- Обратимый процесс переноса теплоты между телами разных температур может быть осуществлен с помощью обратимого цикла, в котором тела разной температуры играют роль источников теплоты а рабочее тело совершает обратимый цикл Карно. [c.80] Это и есть искомое соотношение для работы необратимого процесса. Оно получено из рассмотрения частного процесса, однако, как это будет ясно из дальнейшего, имеет силу для всех процессов без исключения. [c.81] Более общий вывод соотношения между действительной и теоретической максимальной работой дается ниже. [c.81] Определим полезную внешнюю работу, которую может произвести тело, находящееся во внешней среде, имеющей постоянные давление р и температуру Г. [c.81] Для того чтобы тело производило работу, его состояние должно изменяться. Однако процесс изменения состояния однородного тела, находящегося во внешней среде с постоянными р и Т, может происходить только в том случае, если его давление и температура не равны р, Т, т. е. если тело не находится в равновесии с окружающей средой. (В более сложных системах с химическими реакциями или фазовыми превращениями состояние системы может изменяться и при неизменных р и Т, равных р и Т. ) Таким образом, в общем случае следует исходить из того, что равновесия между телом и окружающей средой может и не быть, т. е. температура и давление тела не равны температуре и давлению среды Т Т, р ф р, г энтальпия и энтропия тела в начальном и конечном состояниях имеют вполне определенные значения. [c.81] Процесс изменения состояния находящегося в окружающей среде тела может быть как обратимым, так и необратимым. В течение этого процесса тело будет обмениваться теплом с окружающей средой и, кроме того, совершать полезную работу над внешним объектом работы (который предполагается теплоизолированным как от рассматриваемого тела, так и от окружающей среды). Так как температура окружающей среды неизменна, то теплота Q, полученная телом от окружающей среды, равняется —T AS, где as = S2 — Si есть изменение энтропии окружающей среды в результате процесса /—2. [c.81] Максимальная работа max называется также теоретической работой. [c.82] Если бы это было не так, то возвращая тело в начальное состояние по пути 2—1 с меньшей затратой работы по сравнению с процессом 1—2, можно было бы осуществить вечный двигатель второго рода, в котором источником теплоты является окружающая среда. [c.82] Чем больше приращение энтропии системы в целом, т. е. чем больще степень необратимости процесса, тем меньще производимая системой работа. [c.82] Уравнение (2.99) составляет содержание теоремы Гюи-Стодола. [c.82] Предположим, что исходное соетояние тела характеризуется значениями энтальпии и энтропии / и 5, причем температура тела и его давление не равны температуре и давлению окружающей среды, т. е. Т Ф Т р ф р. [c.83] Е состоянии равновесия с окружающей средой тело будет иметь значения энтальпии и энтропии и 5о давление п температура тела будут, естественно, те же, что и у окружающей среды, т. е. р = p и Т = Т . [c.83] Е5 исходном состоянии тело находится в механическом равновесии с внешним теплоизолированным объектом работы, который обеспечивает поддержание давления тела на заданном уровне в процессе изменения состояния тела внешний объект работы отдает телу работу рУ — роУ (сказанное хорошо иллюстрируется схемой поршня, нагруженного грузом см. рис. 1.5). [c.83] Г =/ - /о - Го (5 - 5о) - Го А5. Соответственно удельная полезная внешняя работа V = I — 0 — Г (5 — 5о) — Г Аь . [c.83] Полезная внешняя работа Т обратимого процесса равняется, как известно, интегралу — j v dp, взятому по кривой процесса (в рассматриваемом случае по линии abo). Соответственно этому в координатах р—v максимальная полезная внешняя работа, или работоспособность тела /o, изобразится алгебраической суммой площадей аа Ь Ь и ЬЬ о о. [c.84] Поэтому в точке о пересечения касательной с изоэнтропой, проходящей через начальную точку а, энтальпия г о- равна г + Т (з — Зд) и, следовательно, разность энтальпий в точках а и о составит 4 — /о- — Т 8а — з ) == = /о- Таким образом, работоспособность тела в данном состоянии определяется длиной вертикального отрезка, проведенного из начальной точки до точки пересечения с касательной к изобаре, проходящей через конечную точку равновесия с окружающей средой. Эту касательную иногда называют прямой окружающей среды . [c.84] Величину э = I — Т з недавно было предложено называть удельной эксергией. [c.84] Из уравнения (2.102) видно, что максимальная полезная внешняя работа, производимая телом над внешним объектом работы при переходе из начального состояния в состояние о равновесия с окружающей средой, имеющей постоянные температуру Т и давление р, равняется убыли эксергии тела. [c.84] Вернуться к основной статье