ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обратимость и производство работы из "Техническая термодинамика Издание 6 " что по мере производства работы изолированная система будет приближаться к равновесному состоянию. [c.145] Допустим, например, что изолированная система состоит из окружающей среды, температура и давление которой практически остаются неизменными, и сжатого воздуха, имеющего ту же температуру, что и окружающая его среда. Такая система находится в термически равновесном состоянии (температуры равны) и в механически неравновесном состоянии (давления не равны). Подобная система может произвести работу. Для этого можно, например, использовать обычную поршневую машину, привод в движение которой будет производиться сжатым воздухом. Работу можно производить до тех пор, пока не будет исчерпан запас сжатого воздуха. После этого давления всех тел системы будут одинаковы или, иначе говоря, система достигнет механического равновесия и дальнейшее производство работы окажется невозможным. [c.145] Таким образом, производство работы изолированной системой возможно в процессе перехода системы из неравновесного состояния в равновесное. Величина произведенной работы зависит, как известно, от характера процесса. Следовательно, с точки зрения величины произведенной работы далеко не без1различно, каким путем система переходит из неравновесного состояния в равновесное. [c.146] Если в нашем распоряжении имеется механически неравновесная изолированная система, состоящая как и раньше из запаса сжатого воздуха и среды, то и в этом случае наибольшая работа, которую можно получить при переходе из механически неравновесного состояния системы в равновесное, может быть получена только в результате осуществления полностью обратимых процессов. Представим себе, что работа производится с помощью поршневой воздушной машины. Ясно, что при прочих равных условиях полученная работа будет тем больше, чем меньше трение между поршнем и стенками цилиндра машины. Но трение представляет собой типичный необратимый процесс. Наибольшая работа была бы получена в случае, если бы трение отсутствовало вовсе, т. е. в полностью обратимом процессе. [c.147] Весьма важной задачей является численное определение максимальной полезной работы которую может произвести система, или, как говорят иногда, определение работоспособности системы. Представим себе, что в нашем распоряжении имеется замкнутая система, состоящая из окружающей среды и некоторого тела или совокупности тел, имеющих отличные от среды давление р и температуру Т (или один из этих параметров). [c.147] Такое тело или группу тел будем именовать в дальнейшем и ст о ч н и к о м работы. [c.147] Подставляя значение /У , - Ij ) из уравнения (5-34) в (5-33), получим. [c.149] сообщенное среде, Q равно, очевидно, произведе нию неизменной температуры среды на приращение энтропии среды (S 5 —S,,i), т. е. [c.149] Уравнение (5-37) дает значение полезной работы, произведенной системой при переходе из неравновесного состояния в равновесное, так как из всей произведенной работы вычитается часть ее po V2—V ), затраченная на сжатие среды и, следовательно, не могущая быть использованной по нашему усмотрению. Однако уравнение (5-37) не дает еще величины максимальной полезной работы, так как не обусдовливает обязательной обратимости всех протекающих в системе процессов. [c.149] Но не вся произведенная работа может быть использована по нашему усмотрению часть произведенной работы, эквивалентная пл. a- -0-b, неизбежно расходуется на вытеснение среды (совершается против неизменного давления среды Ро). Следовательно, максимально возможная полезная работа, равная разности всей произведенной работы и работы, затраченной на вытеснение среды, эквивалентна пл. 1-0-с. [c.151] Первое слагаемое этого уравнения,. 11 —Но, представляет собой работу адиабатического расширения между температурами Тх и Гс вне зависимости от значений начального и конечного давлений 2. Эта работа будет положительна и эквивалентна пл. 1-а-с-е. [c.153] Еще большее практическое значение, чем максимальная полезная работа изолированной системы или работоспособность системы, имеет. максимальная полезная работа тепла, или работоспособность тепла. Под максимальной полезной работой тепла понимается работа, которую может произвести рабочее тело, совершившее полностью обратимый круговой процесс (обратимый цикл) в результате подвода к нему определенного количества тепла. В этом случае систему следует рассматривать состоящей из двух источников тепла — источника тепла высокой температуры и источника тепла низкой температуры—и рабочего тела, совершающего обязательно круговой процесс. [c.154] сообщенное рабочему телу источником тепла высокой температуры, может быть только частично превращено в работу в круговом процессе. Определенная часть тепла неизбежно передается источнику низкой температуры. Максимальная работа может быть получена лишь в том случае, когда в системе протекают только обратимые процессы и, следовательно, в случае, когда суммарная энтропия рассматриваемой изолированной системы остается неизменной. [c.155] Цикл Карно, изображенный на рис. 5-29, удовлетворяет этому условию и поэтому абсолютные значения изменения энтропии двух источников тепла равны между собой, а суммарное изменение энтропии изолированной системы равно нулю. [c.157] В Гх-диаграмме рис. 5-30 показаны также температуры источников тепла Т и Та, а также цикл Карно abed, осуществляемый рабочим телом. Но так как теплообмен между источниками тепла и рабочим телом происходит при конечной разности температур Т Т и Т То), то цикл этот необратим. Поэтому суммарное изменение энтропии изолированной системы не ра,вно нулю. [c.157] В этом последнем обстоятельстве убедиться весьма просто. Источник высокой температуры отдает рабочему телу тепло, эквивалентное пл. e-f-h-g. Все это тепло воспринимается рабочим телом, но при более низкой температуре последнего Т Т. Тепло, воспринятое рабочим телом, эквивалентно площади a-b-k-g очевидно, что пл. e-f-h-g=nn. a-b-k-g. Рабочее тело отдает затем источнику тепла низкой температуры количество тепла, эквивалентное пл. d-0-k-g. Источник тепла низкой температуры воспринимает все это тепло, но при более низкой температуре То ,Т . Тепло, воспринятое источником тепла низкой температуры, эквивалентно пл. l-m-n-g очевидно также, что пл. d- -k-g = un. l-m-n-g. [c.157] Очевидно, что максимальная полезная работа системы, или максимальная полезная работа тепла, тем меньше, чем больше необратимость процессов, мерой которой является увеличение энтропии рассматриваемой замкнутой системы. Поэто Му между уменьшением максимальной полезной работы или, как говорят часто, потерей работоспособности и возрастанием энтропии вследствие необратимости должна существовать однозначная зависимость. Установить характер этой зависимости является делом нетрудным. [c.158] Допустим, что имеется неравновесная замкнутая система, состоящая из источника работы и среды. Независимо от того, являются ли протекающие процессы обратимыми или необратимыми, внутренняя энергия источника работы изменяется от начального значения U до значения равновесного со средой состояния Uq. [c.158] Вернуться к основной статье