ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Цикл холодильной машины Карно. Принцип работы холодильника из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Из этой формулировки видно лишь то, что процесс не может быть самопроизвольным. Следовательно, принципиально второй закон термодинамики не запрещает переход теплоты от низкотемпературного резервуара (источника) к высокотемпературному. Из практики действительно известно, что при приведении в контакт двух тел энергия в форме теплоты будет самопроизвольно передаваться от более нагретого тела (имеющего большую температуру) к менее нагретому телу (имеющему меньшую температуру). В противоположном направлении переход энергии в тепловой форме от менее нагретого тела к более нагретому телу самопроизвольно невозможен. Тем не менее, этот процесс возможен при определенных условиях, которые должны быть созданы искусственно. Совершив цикл Карно в обратном направлении, можно целенаправленно вызвать переход энергии в тепловой форме от менее нагретого тела к более нагретому телу. [c.33] При совершении обратного цикла Карно затрачивается энергия в механической форме в количестве И рез- Затрачиваемая энергия в механической форме имеет знак минус . Это означает только то, что энергия в механической форме передается рабочему телу из окружающей среды. В соответствии с правилом термодинамических знаков, если энергия в механической форме отводится от рабочего тела в окружающую среду, она положительна. Структурная схема работы холодильной машины Карно показана на рис. 8.21. [c.33] В чем состоит идея холодильной машины Карно Фактически это та же тепловая машина, но работающая по обратному циклу. [c.33] Пусть рабочее тело (газ) находится в цилиндре в сжатом состоянии (точка а на индикаторной диаграмме рис. 8.22). Предоставим газу возможность расшириться адиабатически, т. е. без притока энергии извне . [c.33] Так как внутренняя энергия рабочего тела (газа) зависит только от его температуры [11 = /(Т)], в процессе а-Ь его температура понижается, т. е. Ть Га. [c.34] Пусть в точке а температура рабочего тела равна температуре высокотемпературного источника тепловой энергии Та = Тх. В точке Ь температура рабочего тела станет равной температуре низкотемпературного источника энергии Ть = Тг. В точке Ь индикаторной диаграммы (рис. 8.22) рабочее тело приводят в контакт с холодным телом (низкотемпературным источником тепловой энергии), которое необходимо охладить. Рабочее тело имеет температуру Ть = Тг, т. е. такую же, как и охлаждаемое тело. Низкотемпературным резервуаром может быть пространство внутри холодильника. Процесс расширения рабочего тела будет продолжаться по изотерме Ь-с. В этом процессе энергия от рабочего тела также отводится в механической форме Wь- Это должно происходить за счет убыли внутренней энергии рабочего тела. Следовательно, в процессе Ь-с температура рабочего тела стремится уменьшиться (стать ниже температуры низкотемпературного источника энергии), но благодаря контакту рабочего тела с низкотемпературным источником энергии убыль его внутренней энергии восполняется ее притоком извне (от охлаждаемого тела). [c.34] Так как процесс расширения Ь-с происходит относительно медленно, энергия в форме теплоты относительно медленно будет перетекать от охлаждаемого тела (низкотемпературного резервуара) к рабочему телу. [c.34] Бели низкотемпературный источник энергии (холодильник) обладает бесконечно большим количеством внутренней энергии, то она будет передаваться рабочему телу и этот процесс будет изотермическим (Гг = idem). Это означает, что внутренняя энергия рабочего тела в этом процессе будет оставаться постоянной 11ь-с = idem. [c.35] Известно, что тела обмениваются энергией в форме теплоты (между ними происходит тепловое взаимодействие) только тогда, когда их температуры различны. В рассматриваемом процессе Ь-с расширение рабочего тела происходит так, что температура рабочего тела меньше температуры охлаждаемого тела (низкотемпературного резервуара), но только на бесконечно малую величину. Процесс расширения Ь-с является равновесным, поэтому процесс передачи энергии от низкотемпературного источника к рабочему телу также является равновесным. В процессе изотермического расширения Ь-с рабочему телу передается энергия в форме теплоты от низкотемпературного резервуара в количестве (рис. 8.21). После достижения поршнем расширительной машины НМТ (точка с рис. 8.22) процесс расширения рабочего тела заканчивается и контакт между рабочим телом и низкотемпературным резервуаром прерывается. [c.35] Таким образом, в изотермическом процессе расширения Ь-с к рабочему телу подводится энергия в тепловой форме Q2 и в механической форме Wb- , численно равная площади фигуры Ь-с-4-2. [c.35] В адиабатическом процессе сжатия к рабочему телу подводится энергия в механической форме W -d, численно равная площади фигуры e-d-3 . [c.35] Таким образом, процесс сжатия d-a будет происходить изотермически (Гх = idem), В точке а цикл замыкается. В процессе изотермического сжатия d-a от рабочего тела в высокотемпературный источник энергии (нагреватель) будет отведена энергия в форме теплоты в количестве Поскольку обратный цикл Карно начался в точке а и закончился в ней, значения параметров рабочего тела в конце цикла равны их значениям в начале цикла, т. е. [c.36] В изотермическом процессе сжатия d-a затрачивается энергия в механической рме в количестве W -a. Эта энергия (работа) численно равна площади фигуры d-a-1-З. [c.36] В обратном цикле к рабочему телу подводится энергия в форме теплоты Q2 (в соответствии с правилом термодинамических знаков она имеет знак плюс ), а отводится —Qi (имеет знак минус ). [c.36] Полученное выражение позволяет заключить, что высокотемпературному источнику передается больше энергии в форме теплоты, чем принимается от низкотемпературного источника. [c.36] Вместе с тем, термодинамическая система (газ) получает из окружающей среды энергию в тепловой форме и передает ее окружающей среде. При этом к рабочему телу подводится энергии в тепловой форме меньше, чем отводится от него Q2 = Qb- Ql= Qd-a Следовательно, внутренняя энергия окружающей среды также должна измениться. [c.37] Какие же явления должны сопровождать несамопроизвольные процессы, чтобы сделать их возможными. Тщательное и всестороннее изучение происходящих вокруг нас физических явлений показало, что несамопроизвольные процессы только тогда возможны, когда они сопровождаются процессами самопроизвольными. [c.37] В заключение рассмотрим одно полезное видоизменение формулы (8.50). Она получена для тепловой машины Карно, работающей по прямому циклу. Полезный эффект тепловой машины, работающей по прямому циклу, оценивается степенью преобразования энергии из тепловой в механическую форму. Этот факт является основополагающим в работе тепловой машины по прямому циклу. [c.37] Так как Тг Гх, то отношение 1г/(Гг — Тх) 0, поэтому холодильный коэффициент тепловой машины определяют по модулю. [c.40] Вернуться к основной статье