Термодинамические Карно

Как показано в 3.3, наибольший термический КПД в заданном диапазоне температур имеет цикл Карно. При его осуществлении предполагается использование горячего источника с постоянной температурой, т. е. фактически с бесконечной теплоемкостью. Между тем на практике в работу превращается теплота продуктов сгорания топлива, теплоемкость которых конечна. Отдавая теплоту, они охлаждаются, поэтому осуществить изотермическое расширение рабочего тела при максимальной температуре горения не удается. В этих условиях необходимо установить общие принципы, определяющие наибольшую термодинамическую эффективность теплосилового цикла, в частности, с позиций потери эксергии. [c.56]

Соотношение (1.3) справедливо для обратимого цикла Карно и не зависит от совершаемой работы Таким образом, термодинамическая температура обладает тем свойством, что отношения величин Т определяются характеристиками обратимой тепловой машины и не зависят от рабочего вещества. Для окончательного определения величины термодинамической температуры необходимо приписать некоторой произвольной точке определенное численное значение. Это будет сделано ниже. Одним из простейших рабочих веществ может служить идеальный газ, т. е. газ, для которого и произведение РУ, и внутренняя энергия при постоянной температуре не зависят от давления. Следующим шагом будет доказательство того, что температура, удовлетворяющая соотношению (1.3), на самом деле пропорциональна температуре, определяемой законами идеального газа. [c.17]

Метод циклов является одним из первых термодинамических исследований. Карно, Клаузиус, Нернст использовали только этот метод. [c.100]

Так как, по предположению, Гг/Г1<0, то бг<0. Это значит, что в действительности теплоприемник не получил, а отдал теплоту — 02 = 1б2 - В результате цикла произведена положительная работа 62 = 61+ Qi - Будем рассматривать теплоот-датчик и теплоприемник как один тепловой резервуар. Единственный результат кругового процесса Карно состоит в том, что такой тепловой резервуар отдал теплоту Q + Qi I, за счет которой произведена эквивалентная работа W=Qi- - Q2 - Но это противоречит второму началу термодинамики, поэтому предположение К — неправильное термодинамическая температура не может быть отрицательной. [c.175]

При отрицательной термодинамической температуре могут быть проведены различные круговые процессы, подобные магнитному циклу Карно. [c.122]

Изучение цикла Карно приводит к одному важному следствию, которое дает теоретические основания для выбора температурной шкалы, называемой термодинамической шкалой температур. В 2 главы I было дано определение эмпирической температуры. Из описания ясно, что эмпирическая шкала зависит от выбора термометрического тела и, следовательно, не является абсолютной. Выводы, полученные выше, привели нас к уравнению, которое для некоторого количества рабочего тела может быть написано в форме [c.72]

Термодинамическая шкала температуры. Температуру Тд называют термодинамической температурой, она находится в следующей простой связи с количеством теплоты Q, полученной рабочим телом двигателя Карно при данной температуре [c.53]

Следующим важным свойством термодинамической шкалы температур является одинаковость знака температуры всех тел это означает, что существует предельная температура, называемая абсолютным нулем. Из уравнения (2.44) видно, что наименьшая из возможных температур отвечает случаю, когда Q = 0 эта температура и есть абсолютный нуль. Следует иметь в виду, что двигателя Карно, у которого температура теплоприемника равнялась бы абсолютному нулю, в действительности быть не может, так как его существование противоречит второму началу термодинамики (поскольку в этом случае вся теплота превращалась бы в работу без всякой компенсации). Абсолютный нуль в термодинамической шкале температур является, таким образом, предельной и, как будет ясно из дальнейшего, недостижимой температурной точкой. [c.54]

Выражение термического к. п. д. цикла Карно через термодинамические температуры. Термический к. п. д. цикла Карно [см. формулу (2.41)] с помощью соотношения (2.44) для термодинамической температуры, согласно которому [c.54]

Следовательно, термический к. п. д. цикла Карно равен разности термодинамических температур теплоотдатчика и теплоприемника, деленной на термодинамическую температуру теплоотдатчика. [c.54]

Другим весьма распространенным благодаря своей наглядности методом термодинамического анализа является метод круговых процессов или циклов. Этот метод основывается на рассмотрении выбранного применительно к условиям данной задачи обратимого цикла (наиболее часто цикла Карно). Поскольку для обратимого цикла [c.159]

Отсюда следует, что из всех возможных в данном температурном интервале (между Г, ах и i min) ЦИКЛОВ термодинамически наивыгоднейшим, т. е. имеющим наивысший к. п. д., является цикл Карно. [c.189]

Термодинамическая температурная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором законе термодинамики и не зависит от термометрических свойств тела. Построение шкалы опирается на следующие положения термодинамики. Если в прямом обратимом цикле Карно к рабочему телу подводится теплота С] от источника с высокой температурой Т и отводится теплота Сг к источнику с низкой температурой Гг, то T T =Q Q2 независимо от природы рабочего тела. Эта зависимость позволяет построить шкалу, опираясь только на одну постоянную или реперную точку с температурой Го. Например, пусть температура источников теплоты Т2—Т0 Т1 = Т, причем Г не известна если между этими источниками осуществить прямой обратимый цикл Карно и измерить количество подводимой и отводимой (Эз теплоты, то неизвестную температуру Г можно определить по формуле Г=Гo(Ql/Q2). Таким же способом можно произвести градуирование температурной шкалы. [c.171]

Прямое использование цикла Карно для измерения температуры обычно приводит к большим экспериментальным погрешностям. Поэтому разработаны практические методы воспроизведения термодинамической температуры, в которых связь между измеряемой величиной и температурой выводят на основе законов термодинамики или статистической физики. К числу таких соотношений относятся уравнение состояния газа, закон Кюри для парамагнетиков, зависимость скорости звука в газе от температуры, зависимость напряжения тепловых шумов на электрическом сопротивлении от температуры, закон Стефана — Больцмана. Температурные шкалы, установленные с использованием указанных соотношений, зависят от свойств термометрического тела, что приводит к появлению таких характеристик шкалы, как воспроизводимость и точность. Кроме того, некоторые шкалы основаны на приближенно выполняющихся закономерностях возникает понятие инструментальной температуры (магнитной, цветовой и т. п.), отличной от термодинамической. [c.172]

Особенностью термодинамических циклов паротурбинных установок является изменение агрегатного состояния рабочего тела в течение цикла, что позволяет осуществить теплообмен между рабочим телом и внешними источниками теплоты в процессах парообразования и конденсации при постоянных значениях температур. Таким образом, имеется практическая возможность реализации цикла Карно, который, как отмечалось, состоит из двух изоэнтропных и двух изотермических процессов. Реализация изотермических процессов подвода и отвода теплоты в газовых циклах (циклы ДВС и ГТУ) связана с непреодолимыми трудностями. [c.163]

Прямой обратимый цикл Карно. Французский инженер Сади Карно в 1824 г. предложил цикл идеального теплового двигателя, т, е. цикл, состоящий из обратимых термодинамических процессов (рис. 5.3). Цикл состоит из двух изотерм а-Ь Т ) и -d(T ) и двух адиабат h- и d-a. [c.61]

Определенная таким образом температура представляет собой температуру тела по температурной шкале, основанной на использовании двигателя Карно в качестве термического устройства. Эту температуру называют термической температурой и обозначают Т. Термодинамическая температура находится в простой связи с количеством теплоты Q, т. е. [c.67]

Термодинамическая температурная шкала не связана с конкретными свойствами рабочего (термометрического) тела. Следовательно, термодинамическая температура является не эмпирической, а универсальной температурой. Легко убедиться, что термодинамическая температурная шкала является равномерной шкалой. Это вытекает из соотношения (2.6) и может быть уяснено из рассмотрения последовательного ряда двигателей Карно, каждый из которых характеризуется одной и той же величиной производимой работы L, а количество теплоты, отдаваемое одним двигателем, полностью передается другому (рис. 2.7). [c.67]

Следует иметь в виду, что двигателя Карно, у которого температура теплоприемника равна абсолютному нулю, в действительности быть не может, так как его существование противоречит второму началу термодинамики. В этом случае вся теплота превратилась бы в работу без какой-либо компенсации. Абсолютный ноль в термодинамической шкале температур является, таким образом, предельной и, как будет ясно из дальнейшего, недостижимой температурной точкой. [c.68]

Соотношение (2.13) определяющее энтропию как функцию состояния тела, было получено исходя из термодинамических особенностей цикла Карно, которые одновременно позволили обосновать и понятие термодинамической температуры. [c.84]

Независимой от каких-либо физических свойств рабочего вещества является так называемая термодинамическая шкала температур, основанная на свойстве обратимого цикла Карно, к.п.д. которого согласно второму закону термодинамики определяется через температуры цикла [c.21]

Проходящий по часовой стрелке цикл произвольной формы можно использовать для преобразования теплоты в работу, при этом термодинамическое совершенство такого преобразования оценивается по значению термического КПД. Для осуществления замкнутого цикла обязательны расширение и сжатие рабочего тела если эти процессы обратимы, то, благодаря отсутствию потерь на трение, работа цикла будет максимальной. Кроме расширения и сжатия, необходимо осуществлять подвод теплоты к рабочему телу от горячего источника и отвод ее к холодному источнику обратимость этих процессов также способствует увеличению КПД, хотя это пока и не очевидно. Стремление найти наилучшие условия работы теплового двигателя привели С. Карно к созданию эталонного цикла (рис. 3.4), носящего его имя . [c.49]

Таким образом, цикл Карно состоит из четырех обратимых процессов, выбор которых, основанный на приведенных выше рассуждениях, сделан рационально. Окончательное суждение о термодинамическом совершенстве цикла можно сделать на основе расчета его термического КПД, определяемого формулой [c.51]

Рекуррентная формула (3.71) позволяет в принципе указать простую процедуру получения термодинамической шкалы температур для некоторого теплового состояния ( назначается температура Т1 в виде положительного действительного числа, снабженного наименованием единицы измерения к 1 кг рабочего тела обратимого двигателя Карно в изотермическом процессе при температуре 1 подводится некоторое количество теплоты дг, рабочее [c.84]

ЦЕНТР тяжести—точка, неизменно связанная с твердым телом и являющаяся центром параллельных сил тяжести, действующих на все частицы этого тела ЦИКЛ [в технике— совокупность процессов в системе периодически повторяющихся явлений, при которых объект, подвергающийся изменению в определенной посяедовтельности, вновь приходит в исходное состояние термодинамический (Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов, чередующихся между собой обратимый состоит из обратимых процессов обратный совершается за счет вьшолнения работы, которая осуществляет процесс передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому прямой вьшолняет полезную работу за счет части теплоты, сообщаемой рабочему телу Карно, КПД—отношение разности абсолютных температур нагревателя и холодильника к температуре холодильника при вьшолнении прямого цикла Карно)] ЦУГ волн—прерьшистое излучение света атомом в виде отдельных кратковременных импульсов [c.295]

Если осуществить цикл между теплоотдатчиком с температурой Ti итеплоприемником, в который отводилось бы количество теплоты, равное нулю (Q2 = 0). то абсолютная температура холодильника должна была бы быть равной нулю. При этих условиях вся теплота Qi превратилась бы в полезную работу L=Qi и к. п. д. цикла был бы равен единице. Поэтому абсолютный нуль температуры представляет собой низшую из всех возможных температур, когда к. п. д. цикла Карно равен единице. Такая температура принимается за начальную точку абсолютной термодинамической шкалы. [c.133]

Термодинамическая температурная шкала основывается на втором начале термодинамики, из которого следует, что для любого рабочего тела (независимо от природы), совершающего цикл Карно, отношение количества теплоты полученного телом от тепло-отдатчика, к количеству теплоты Q2, отдашюму теплоприемнику, равно отношению температуры [c.89]

Это заключение Нернста подверглось критике Эйнштейна, который считал невозможным осуществление изотермического процесса D, поскольку при адиабатном сжатии тела в состоянии С оно при практически небольщом трении уйдет с кривой Г=0 К и будет сжиматься вдоль адиабагы СВ (абстракция об обратимых термодинамических процессах здесь невозможна) . Так что при достижении О К цикл Карно вырождается в совокупность двух слившихся адиабат и двух слившихся изотерм при прямом изотермическом процессе А В от теплоотдатчика берется количество теплоты 01, а при обратном процессе ЗА такое же количество теплоты Q2 ему отдается и к.п.д. такого цикла равен нулю. [c.164]

Допустим, что существует тело, термодинамическая температура Гз которого отрицательна Г2<0К. Используем это тело в качестве холодильника в тепловой машине Карно. В качестве нагревателя выберем тело, температура которого положительна Г1>0К. Пусть в процессе Карно нагреватель отдал количество теплоты Qi>0. Тогда холодильник получил количество теплоты Qi = T2QilTi. [c.175]

Q, разобъем сеткой изотерм площадь цикла A-B- -D на 100 равных частей так, чтобы в каждом цикле (5ц = тогда изотермы пройдут через Р. Так же можно построить изотермы, лежащие ниже Наименьшая предельная температура = О, при которой термический к. п. д. цикла Карно равен единице, принимается за начальную точку термодинамической шкалы температур. Эта термодинамическая шкала совпадает с абсолютной шкалой температур, построенной по термометру с идеальным газом. [c.73]

После Карно обоснованием второго начала термодинамики занимались Тсмсон и Клаузиус. Томсон сформулировал второе начало термодинамики в виде утверждения о невозможности осуществления теплового двигателя с одним единственным источником теплоты, т. е. такой машины, которая путем охлаждения моря или земли производила бы механическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания теплоты моря и суши и в конце концов всего материального мира. Ему же принадлежит открытие термодинамической шкалы температур. Клаузиус исходил из идей Карно и придал выводам последнего большую общность и строгость с учетом эквивалентности тепла и работы, т. е. окончательно освободил термодинамику от гипотезы о теплороде. Исторической заслугой Клаузиуса является формулировка второго начала термодинамики в виде следующего утверждения теплота сама собой не может переходить от тела холодного телу горячему. Позже он дал более расширенную формулировку второе начало гласит, что все совершающиеся в природе превращения в определенном направлении, которое принято в качестве положительного, могут происходить сами собой, т. е. без ксмпенсации, но в обратном, т. е. отрицательном, направлении они могут происходить только при условии, если одновременно происходят компенсирующие процессы. Далее Клаузиус вывел на основе этого принципа особую функцию состояния — энтропию. С помощью этого нового понятия Клаузиус придал второму началу термодинамики форму закона возрастания энтропии изолированной системы. Этот закон, по мнению Клаузиуса, должен был иметь силу для всей Вселенной, что оказалось неправомерной, а потому и неверной для всей Вселенной экстраполяцией второго начала термодинамики. [c.154]

Определение температуры путем осуществления прямого обратимого цикла Карно с измерением подводимой и отводимой теплоты оказалось бы сложным и затруднительным. Поэтому для практических целей на основе термодинамической шкалы установлена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). [c.172]

Зарождение технической термодинамики было связано с изобретением в конце XVIII в. паровой машины и изучением условий превращения теплоты в механическую работу. Основы технической термодинамики были заложены французским физиком и инженером Сади Карно (1796—1832), который первый осуществил термодинамическое исследование тепловых двигателей и указал пути повышения их экономичности. В развитие технической термодинамики огромный вклад внесли крупнейшие ученые Р. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц, С. Карно, Р. Клаузиус, В. Томсон (Кельвин), Л. Больцман. Их исследования обусловили установление первого и второго начал термодинамики, что создало основу для теоретического изучения и практического применения процессов превращения теплоты в работу. Помимо указзЕгных ученых в развитии термодинамики участвовали Д. И. Менделеев, Г. В. Рихман, Г. Ленц, Ф, Бошнякович, М. П. Вукалович и многие другие. [c.5]

В отличие от холодп льного коэффициента Карно, зависящего только от температур кипения и конденсации, холодильный коэффициент цикла с дросселированием зависит дополнительно и от свойств рабочего тела. Выбор типа хладагента для цикла с дросселированием оказывает значительное влияние на степень его термодинамического совершенства. Степень термодинамического совершенства цикла с регул1фующим вентилем определяется отношением холодильного коэффициента Вр. в рассматриваемого цикла к холодильному коэффициенту цикла Карно ек, осуществляемого в том же интервале температур [c.32]

Всасывание в компрессор сухого насыщенного или перегретого пара. В теоретическом цикле паровой холодильной маи.1ины компрессор всасывает влажный пар (точка Г на pii . 14.9) и сжимает его до состояния сухого насыщенного пара (точка 2 ). Термодинамически такой режим работы компрессора является наиболее выгодным, так как позволяет осуществить цикл Карно. В реальных условиях компрессор работает сухим ходом , т. е. всасывает сухой насыщенный пар (точка /), а чаще перегретый (точка /"). Процесс сжатия /—2 происходит в области перегретого пара. Точка 2 конца процесса определяется пересечением адиабаты сжатия 1—2 с изобарой рц, которая в области перегретого пара не совпадает с изотермой. Перегретый пар с параметрами pj. Т а (точка 2) поступает в конденсатор, в которо.м сначала охлаждается до Тг- = Тк (процесс 2—2 ), а затем конденсируется при постоянных значениях и Гк (процесс 2 —3). [c.36]

В термодинамике степень совершенства цикла определяется значением его термического КПД, поэтому желательно, чтобы работа двигателей внутреннего сгорания осуществлялась по циклу Карно как имеЕОщему наибольший термический КПД. Однако практически осуществить цикл Карно оказалось невозможным, поэтому две работают по другим, менее экономичным циклам. Термодинамическая эффективность этих циклов зависит от конкретных условий их осуществления. В одних условиях экономически выгоден один цикл, в других условиях — другой. Сравнение идеальных циклов Отто, Дизеля и Тринклера показывает [c.180]

Термодинамический цикл афсфах называется циклом с подводом теплоты при постоянном объеме, или циклом Отто. Термодинамический цикл a2b ida2 называют циклом с подводом теплоты при постоянном давлении, или циклом Дизеля. Рас- смотренные циклы выполняются в том же диапазоне предельных температур Т —Тг, что и цикл Карно, однако средняя температура подвода теплоты в циклах ниже температуры Т,, а средняя температура отвода теплоты выше, чем Tj. В результате термический к. п.д. рассмотренных циклов меньше, чем термический к.п.д. цикла Карно в интервале температур Ti— Т2. Вместе с тем к. п.д. реальноого цикла ДВС выше к. п.д. реального цикла Карно, что объясняется значительными необратимыми потерями в реальном цикле Карно за счет потерь работы на трение. [c.134]

Рассмотрим цикл Ренкина на перегретом паре. Термодинамические циклы Карно и Ренкина насыщенного пара имеют довольно низкий к. п. д., что связано главным образом с невысокой температурой пара на входе в паровую турбину. Максимальная температура насыщ,енного водяного пара может быть не выше температуры воды в критической точке кр = 374,15 °С, что соответствует давлению ркр = 22,1 МПа. [c.166]

Представленная на рис. 3.6 сетка адиабат и изотерм удобна для подсчета теплоты. Действительно, кривую цикла 1а2Ь можно приближенно заменить ломаной, составленной из отрезков элементарных изотерм и адиабат. При суммировании элементарных количеств теплоты вдоль такой ломаной на всех элементарных адиабатах эти количества теплоты равны нулю. Можно использовать и второй способ находить теплоту цикла интегрированием по площади. Термодинамический смысл такого интегрирования состоит в том, что рассматриваемый цикл заменяется совокупностью элементарных циклов Карно, представляющих собой клетки нанесенной на плоскость сетки изотерм и адиабат. Три таких клетки в увеличенном виде представлены на рис. 3.6. Легко показать, что сумма теплоты трех элементарных циклов а, Ь и с равна теплоте окаймляющего цикла, показанного пунктирной линией. Действительно, поскольку [c.55]

Все сказанное выше, однако, наводит на мысль решить проблему прямым путем ввести наряду с р — о-диаграммой новую систему координат, в которой сетка изотерм п адиабат является обычной прямоугольной координатной сеткой. Малый параллелограмм злемеп-тарного цикла Карно на р — у-диаграмме в новой системе координат превратится в прямоугольник, а при надлежащем выборе масштабов осей — в квадрат, т. е. в элемент площади, выражающей теплоту. Разумеется, новая система координат должна давать такие же возможности для расчета теплоты замкнутого или разомкнутого процесса, как и р — у-диаграмма для расчета работы в этих случаях. Это предполагает, что в новой системе координат можно построить линию процесса — совокупность точек, каждая из которых соответствует определенному термодинамическому состоянию. [c.57]

Т — 5-диаграмма позволяет простым способом оценить термодинамическую эффективность прои,звольного цикла. Для этого его нужно сравнить с циклом Карно, линии процессов которого являются касательными к рассматриваемому циклу (рис. 3.7,6). Из рисунка видно, что КПД цикла Карно, осуществляемого между максимальной Ттах и минимальной температурами произвольного цикла 1а2Ы, всегда больше КПД последнего [c.66]

Таким образом, КПД цикла Карно в интервале температур Ттях—Ттш есть ТОТ предел, к которому стремится КПД произвольного цикла, охватываемого циклом Карно в этом смысле цикл Карно является эталонным. Термодинамическое соверщенство произвольного [c.66]

Выражение (3.70) можно использовать в качестве рабочей формулы для построения термодинамической шкалы температур, ибо множитель qi qi+l= ( —11 0,1+1) не ависит от свойств термометрического вещества (рабочего тела цикла Карно). Однако построенная таким образом шкала (если составлять ее из положительных чисел) находилась бы в противоречии с исторически слолсившимся понятием температуры теплота самопроизвольно переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Поэтому в качестве термодинамической температуры принимаем величину 7=1/Ф и вместо выражения (3.70) имеем следующую формулу [c.84]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...