ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие положения и формулировка закона из "Теплотехника 1963 " Первым законом термодинамики, как это следует из предыдущего, устанавливаются а) эквивалентность взаимных превращений теплоты и работы и, следовательно, количественные отношения между теплотой и работой при этих превращениях б) постоянство энергии изолированной термодинамической системы в) взаимная связь между теплотой, внутренней энергией системы и работой, совершаемой ею, или совершаемой над ней окружающей средой. Этих закономерностей недостаточно для того, чтобы на их основе можно было решить целый ряд практически важных вопросов, таких как установление факторов, определяющих условия возникновения термодинамических процессов, направление и границы их развития. [c.67] Наблюдения над явлениями природы показывают, что развитие самопроизвольно возникающих (необратимых) процессов возможно лишь при неравновесном состоянии участвующей в процессе термодинамической системы, что процессы эти всегда характеризуются односторонним направлением их протекания от более высокой температуры в сторону более низкой или от более высокого давления в сторону более низкого, и что при этом термодинамическая система стремится к равновесному состоянию (выравниванию температуры и давления). [c.67] Односторонность протекания термодинамических процессов находит отражение в особенностях взаимного превращения теплоты и работы. Если работа полностью может быть превращена в теплоту (например, при торможении вращающегося вала ленточным тормозом вся механическая энергия вращения вала превращается в теплоту), то при обратном превращении в работу возможно превратить лишь часть теплоты, теряя безвозвратно всю другую часть ее. Многие тысячелетия потребовались человечеству с того времени, как были установлены способы превращения механической работы в теплоту для того, чтобы решить обратную задачу — превращение теплоты в работу и создать непрерывно работающий тепловой двигатель. Лишь в ХУП в. появились паровые машины, основным принципом действия которых является превращение теплоты в работу. В настоящее время этот принцип положен в основу устройства всех тепловых двигателей. [c.67] Немецкий ученый Клаузиус сформулировал этот закон следующим образом (1850 г.) Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама собой, даровым процессом (без компенсации) . [c.68] Помимо приведенной выше, существует еще ряд формулировок второго закона термодинамики, по сути дела различным образом выражающих одно и то же основное положение. [c.68] В порядке развития формулировки Томсона появилась и такая формулировка второго закона термодинамики Нельзя построить периодически действующую машину, все действие которой сводилось бы к производству механической работы и охлаждению одного источника тепла . [c.68] Наглядно суть второго закона термодинамики удобно представить себе, рассматривая работу простейшей теплосиловой установки или двигателя внутреннего сгорания. [c.68] Из рассмотрения этой схемы следует, что двигатель может непрерывно работать при условии превращения пара в жидкость (конденсации) это связано с тем, что часть тепла рабочего тела должна быть безвозвратно поглощена в конденсаторе, иначе называемом холодильником. [c.69] Повседневный опыт учит, что любой тепловой двигатель может работать лишь при наличии по крайней мере одного холодильника, которым в зависимости от вида двигателя может служить конденсатор, либо окружающая атмосфера. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания тоже совершает работу в результате использования части тепла, полученного из горячего источника, и передачи без использования другой части тепла холодильнику. [c.69] В этом собственно и заключается суть второго закона термодинамики. [c.69] Обратимся к условиям, которые определяют возможность непрерывной работы двигателя. Как следует из рассмотрения работы парового и поршневого газового двигателей, для обеспечения их длительной работы необходимо создать условия, при которых рабочее тело всякий раз, совершив некоторую работу, возвращалось бы в исходное состояние, чтобы затем опять совершать такую же работу. [c.69] Как работа расширения, так и работа сжатия может быть обусловлена не одним каким-либо процессом, протекающим от соответствующего начального до конечного состояния, а совокупностью процессов, как это показано, например, на рис. 6-3. [c.70] Такой круговой процесс, представляющий собой совокупность ряда процессов, в котором последним процессом рабочее тело приводится в исходное состояние, называется циклом. При непрерывной работе двигателя цикл постоянно повторяется. На практике применяют ряд циклов, по которым работают различные тепловые двигатели. [c.70] На рис. 6-3 видно, что характерной особенностью точек 1, 2, 3 п 4 цикла является то, что они отображают такие состояния рабочего тела, которые соответствуют окончанию одного процесса и началу другого. Такие точки называют характерными точками цикла. [c.70] Из определения цикла, который изображается в диаграмме V — р замкнутым контуром, образуемым кривыми, отображающими отдельныг составляющие цикл процессы, следует, что состояние рабочего тела в начале и в конце цикла одно и то же, а следовательно, одни и те же и параметры его состояния, претерпевающие в течение цикла различные изменения. [c.70] Надо также отметить, что по указанным ранее причинам ни работа цикла, ни количество сообщенного рабочему телу (или отведенного от него) Б цикле тепла не могут служить параметрами состояния рабочего тела в какой-либо характерной точке цикла. [c.71] Различают прямые и обратные циклы, а также обратимые и необратимые циклы. Если цикл, соответствующий последовательности процессов, чередующихся по ходу часовой стрелки (процессы 1 — 2, 2 — 3 и т. д. на рис. 6-3), назвать прямым, то цикл, образованный из тех же процессов, но совершающихся в обратной последовательности, называют обратным. [c.71] Если цикл представляет собой совокупность квазистатических и, следовательно, обратимых процессов, то его называют обратимым. [c.71] Ради простоты ниже будут рассмотрены в первую очередь обрати мые циклы, в которых в качестве рабочего тела используется идеальный газ. При работе реальных двигателей эти условия не соблюдаются, поэтому в дальнейшем по рассмотрении обратимых циклов, протекающих 8 идеальных условиях, будет показано, как они видоизменяются применительно к реальным условиям. [c.71] Вернуться к основной статье