ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Энергия и ее превращение в различные формы из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Ранее обсуждался обратимый прямой цикл Карно, как частный случай кругового процесса теплового двигателя. В этом цикле энергия, подводимая от нагревателя к рабочему телу в форме теплоты, преобразуется в полезную (результирующую) работу рез лишь частично. Другая же часть энергии Q2 в тепловой форме отводится к некоторому теплоприемнику, в качестве которого можно рассматривать окружающую среду. Это обусловлено тем, что окружающая среда обладает самой низкой температурой в естественных условиях. Чтобы понизить температуру любого тела до значения меньше чем температура окружающей среды, необходимо затратить энергию в механической форме (это обсуждалось при изучении холодильных машин). Естественно, что окружающую среду можно использовать в качестве естественного холодильника с наименьшей температурой. [c.62] КПД идеального цикла (тепловой машины) Карно определяется по формуле (8.50). В качестве рабочего тела используется идеальный газ, хотя выражение (8.50) справедливо и при использовании в качестве рабочего тела в тепловой машине Карно любого другого вещества. [c.62] Из этой формулы видно, что термический КПД цикла Карно никогда не может достигнуть значения, равного единицы (вся подведенная к рабочему телу энергия никогда не может быть превращена из тепловой формы в механическую форму). Этот вывод основан на том, что температура рабочего тела в процессе подвода энергии Ql в тепловой форме не может быть бесконечно большой Тх оо), а при отводе энергии Q2 не может быть ниже температуры окружающей среды (Гг 0). [c.62] В обычном (разомкнутом) процессе можно всю энергию, подводимую к рабочему телу в тепловой 4юрме, преобразовать в механическую форму. Например, можно нагревать газ так, что он будет расширяться изотермически (Г = idem). Изотермический процесс можно осуществить и в обратном направлении. Сжимая изотермически газ в цилиндре с подвижным поршнем, можно всю подводимую в механической форме энергию преобразовать в тепловую форму и отвести ее в окружающую среду. [c.63] механическая (кинетическая) энергия движущегося автомобиля при торможении полностью превращается в тепловую форму, которая затем рассеивается в окружающем пространстве. [c.63] В циклических (замкнутых процессах) преобразовать полностью энергию из тепловой формы в механическую форму (и наоборот) невозможно. В этом и состоит суть асимметрии между замкнутыми (циклическими) и разомкнутыми процессами. [c.63] Часть из них нами уже изучалась. В электрическом аккумуляторе при разряде происходит преобразование химической энергии электролита в электрическую энергию, которая передается в окружающую среду. В дальнейшем с помопцэю электродвигателя электроэнергия преобразуется в механическую форму. При заряде аккумулятора энергия из электрической формы преобразуется в химическую 4юрму. В генераторе энергия из механической формы преобразуется в электрическую форму. [c.63] Таким образом, в естественных условиях обитания человек использует много технических средств, в которых происходит передача и преобразование одних видов энергии в другие. Количество энергии в одной форме может уменьшаться, а в другой форме — увеличиваться, но суммарное количество энергии сохраняется. На этот факт указывает первый закон термодинамики, являющийся всеобщим законом природы. [c.63] Можно сказать, что в природе процессы преобразования энергии происходят по замкнутому кругу (циклически). Если суммарная энергия системы не изменяется, то в процессах преобразования энергии она возвращается в исходное состояние. [c.63] Природа распорядилась так, что фундаментальными являются процессы преобразования энергии из тепловой формы в механическую форму и обратно. Без этих процессов невозможно поддержание энергетического баланса в природе. [c.63] Например, в идеальном генераторе можно полностью преобразовать энергию из механической формы в электрическую, а в тепловой машине Карно (какой бы идеальной она не была) нельзя полностью преобразовать энергию из тепловой формы в механическую форму. [c.64] Механическую энергию также условно разделяют на две формы — кинетическую и потенциальную. Из курса физики известно, что кинетическую энергию в идеальном случае можно полностью преобразовать в потенциальную энергию и наоборот. В принципе можно считать, что механическую энергию можно полностью преобразовать в механическую энергию, хотя, строго говоря, это нельзя считать преобразованием. [c.64] Электрическая и механическая энергии также в принципе полностью взаимно преобразуемы, например, с помощью обратимо работающего электрического генератора (механическая энергия преобразуется в электрическую) и обратимо работающего электродвигателя (электрическая энергия преобразуется в механическую). [c.64] Приведенные примеры свидетельствуют о том, что с точки зрения превращаемости одних видов энергии в другие все виды энергии могут быть разделены на две группы. [c.64] К первой относятся формы энергии, полностью превращаемые в любые другие формы энергии. Ко второй — те, которые не могут быть полностью преобразованы в любую другую форму энергии возможности их превращения определяются как параметрами этой энергии или рабочего тела, так и параметрами окружающей среды. [c.64] В табл. 8.1. показаны возможные преобразования одних видов энергии в другие. Белые квадраты означают возможность полного преобразования форм энергии, черные — только неполного. [c.64] Все сказанное выше показывает, что непосредственное суммирование и сопоставление качественно различных видов энергии второй группы недопустимо (естественно, за исключением тех случаев, когда речь идет об энергетических балансах, где имеет значение только количество энергии), так как они не обладают в полной мере свойством аддитивности. Между тем, обсуждаемый факт, заключающийся в том, что не всякая энергия и не при всяких условиях может быть полностью пригодна для технического использования, необходимо учитывать при решении инженерных задач в области энергетических превращений. [c.65] Для того, чтобы сделать сопоставимыми самые различные формы энергии, нужна некоторая единая мера, позволяющая количественно оценить и измерить энергию с учетом ее качественных характеристик. [c.65] Такая мера технической ценности энергии любого вида была названа эксергией. Ее использование позволяет, в конечном счете, свести оценку любого вида энергии второй группы с различной степенью превращаемости к определенному количеству энергии полностью превращаемой, т. е. относящейся к первой группе. Тем самым создается возможность сопоставления, приведения к единой мере всех без исключения видов энергии. [c.65] Вернуться к основной статье