ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обратимость. Принцип возрастания энтропии из "Циклы схемы и характеристики термотрансформаторов " Представление об обратимости процессов имеет фундаментальное значение как в физике, так и в технической термодинамике. В констатации самого факта существования необратимых процессов лежит основная, наиболее важная, как считал М. Планк, идея второго начала термодинамики. [c.32] Примерами необратимых процессов могут служить трение, передача тепла при конечной разности температур, диффузия и другие действительные процессы, совершающиеся в теплосиловых и холодильных машинах. [c.33] Если исключить из рассмотрения электромагнитные явления, то источниками необратимости служат внутреннее трение между элементами рабочего тела, трение между элементами машины, расширение рабочего тела без отвода механической работы, диффузия, передача тепла (как между элементами рабочего тела, так и между телом и источниками или приемниками тепла), происходящая при конечных разностях температур, неупругая деформация твердых тел, химические реакции, смешение различных компонентов, осмос, неравновесные фазовые превращения (замерзание переохлажденной жидкости и конденсация перенасыщенного пара). Невозможность устранить хотя бы часть этих явлений всегда делает процессы, происходящие в термотрансформаторах, необратимыми. [c.33] Таким образом, обратимый процесс, строго говоря, должен рассматриваться как абстракция, необходимая в качестве стандарта для сравнения с ней реальных необратимых процессов. [c.33] Необходимым условием обратимости термодинамических процессов является бесконечная длительность их протекания. Обратимый процесс может быть представлен как совокупность равновесных состояний всех взаимодействующих тел. [c.33] Работы в области криотемператур, близких к абсолютному нулю, привели к чрезвычайно интересным открытиям, значительно расширившим представления о возможности практического приближения к процессам, очень близким к обратимым. [c.33] Явление сверхтекучести, открытое П. Л. Капицей и объясненное теорией квантовых жидкостей Л. Д. Ландау, так же как и явление сверхпроводимости, рассматривается в настоящее время как проявление практической обратимости процессов, происходящих при близких к абсолютному нулю температурах. [c.33] Следует подчеркнуть, что открытие сверхпроводимости и особых свойств квантовых жидкостей вовсе не ставит под сомнение то обстоятельство, что реальные процессы всегда в той или иной степени необратимы. [c.34] Принципиальное значение разделению процессов на обратимые и необратимые придавал один из творцов современной физики М. Планк [48]. В дифференциальных уравнениях обратимых процессов, как указывал М. Планк, дифференциал времени входит только в четной степени соответственно тому обстоятельству, что знак времени может быть обращен. Это относится в одинаковой мере к колебаниям маятника, электрическим колебаниям, акустическим и оптическим волнам, к движениям материальных тел и электронов, если только совершенно нет затухания . Эту обратимость механических движений можно рассматривать как их симметричность по отношению к изменению знака времени. [c.34] Если же происходит какой-либо тепловой процесс, то процесс, обратный ему, т. е. такой, при котором проходятся те же тепловые состояния, но только в обратном порядке, практически неосуществим. [c.34] Принципиальным вопросом, который будет подробно рассмотрен ниже, является разделение необратимости на внешнюю и внутреннюю. [c.34] Кроме понятия обратимости, часто используют представление о равновесности процессов. При этом считают, что тело находится в равновесном состоянии, если все характеризующие его состояние параметры во всех участках тела способны оставаться сколь угодно долго неизменными после изоляции тела от внешних воздействий. [c.34] Согласно предыдущему для непрерывного превращения тепла в работу необходимо, чтобы система состояла из трёх элементов (рис. 2-3) источника тепла приемника тепла рабочего тела. [c.34] В том случае, когда запас рабочего тела ограничен, оно должно осуществлять круговой процесс (цикл), периодически возвращаясь в исходное состояние. [c.34] Из соотнощения (2-14) следует, что при обратимом протекании процессов свойства рабочего тела не влияют на эффективность преобразования. Если й вполне определяется только температурой источников, то свойства рабочего тела, естественно, не могут влиять на эффективность. В то же время на инженерные характеристики обратимых циклов свойства рабочего тела влияют сильно. [c.35] При реализации реальных, необратимых циклов свойства веществ очень сильно влияют и на эффективность термотрансформаторов. [c.36] Исходя непосредственно из второго принципа термодинамики, Кельвин ввел абсолютную щкалу температур, не зависящую от свойств вещества. Появился принципиально новый критерий для определения температур по возможности превращения тепла в механическую работу. [c.36] Условиям обратимости удовлетворяет не только цикл Карно (1-2-3-4-1), но и цикл Г-2 -3 -4 -Г, изображенный условно в той же Т, -диаграмме (рис. 2-3). В цикле Г-2 -3 -4 -Г отсутствуют адиабатные изоэнтропные процессы, переводящие рабочее тело от температурного уровня Гг к Гх и обратно. Изменение температур рабочего тела в цикле 1 -2 -3 -4 -Г реализуется путем внутреннего теплообмена — регенерацией тепла. Этот цикл обладает той же эффективностью, что и цикл Карно, в том случае, если процессы регенеративного охлаждения 2 -3 и регенеративного подогрева 4 -Г в Г, 5-диаграмме состояния будут изображаться эквидистантными линиями. Ниже будут подробно рассмотрены практические преимущества регенеративного цикла по сравнению с циклом Карно, реализуемым адиабатными процессами. [c.36] Введенное Клаузиусом понятие об энтропии приобретает особый смысл для необратимых процессов. Теплообмен, происходящий при конечной разности температур, неизбежно приводит к росту энтропии системы тел, участвующих в теплообмене. Особенно просто определить изменение энтропии, происходящее при необратимом теплообмене, в том случае, когда температуры обоих тел сохраняют постоянное значение. [c.36] Так как при теплообмене всегда Тв Та, то 2Д5 0. [c.36] Вернуться к основной статье