Необратимость и работа реальных процессов

НЕОБРАТИМОСТЬ И РАБОТА РЕАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ [c.36]

Эффективная работа реального процесса (oL, 61 ) определяется как разность между обратимой работой изменения объема (OL, 61) и работой необратимых потерь 6L , 61 ). 6L =6L — 6L - 6l = 6l—6l . (1.18) Работа, потерянная в необратимых [c.12]

Ниже рассматриваются обратимые циклы. Реальные же, необратимые процессы и циклы тепловых двигателей рассматриваются в разделах учебника, посвященных описанию конструкции и работы реальных тепловых двигателей. [c.61]

При рассмотрении работы реальных ГТУ необходимо отдельно учитывать потери на необратимость процессов в турбокомпрессоре и в газовой турбине. [c.281]

Современное состояние термодинамики позволяет производить исчерпывающий анализ всех этапов реального процесса превращения энергии тел в полезную работу. Термодинамика равновесных состояний дает возможность характеризовать особенности каждого из возможных состояний равновесия и общий энергетический эффект равновесного процесса, а термодинамика необратимых процессов — оценить диссипацию энергии в любом из реальных процессов, а следовательно, и действительный к. п. д. (или коэффициент использования энергии) данного процесса. [c.5]

Максимальная работа производится при обратимом проведении процесса. В реальных необратимых процессах производимая работа имеет всегда меньшую величину. Второе начало термодинамики устанавливает критерий необратимости, при помощи которого можно количественно анализировать каждый из реальных процессов, в частности, устанавливать уменьшение или потерю работы из-за необратимости действительного процесса по сравнению с идеальным обратимым процессом и тем самым находить пути осуществления рабочего процесса наиболее эффективным образом. [c.44]

Исходя из данных о действительном механизме процесса и условий, в которых протекает процесс, всегда можно схематизировать каждый из реальных процессов так, чтобы сделать возможным его термодинамический анализ. Следует отметить, что для вычисления работы и количества теплоты, составляющих главное содержание приложений термодинамики, не обязательно знать все особенности кинетики реального процесса. Вполне достаточно, чтобы наряду с внешними условиями, в которых протекает процесс, были известны конечные и, само собой разумеется, начальные состояния всех участвующих в процессе тел. С помощью функций состояния U, I, S, F, Ф, частные производные которых, как было показано ранее в 3.1, характеризуют физические свойства тел, можно анализировать любые как обратимые, так и необратимые процессы. Использование дифференциальных уравнений термодинамики, связывающих частные производные функций состояния с термическими параметрами и их производными, составляет суть термодинамического анализа. [c.158]

Итак, хотя необратимость реальных процессов преодолеть полностью и нельзя, тем не менее рациональной организацией процесса можно уменьшить вредное влияние необратимости и свести потерю работы к минимуму. [c.528]

Все приведенные постулаты второго начала термодинамики эквивалентны между собой и все отражают необратимость реальных процессов. Одновременно эти формулировки (особенно последняя) утверждают и невозможность построения вечного двигателя второго рода, который способен был бы работать без разностей температур, т. е. при наличии только одного источника теплоты. Если бы такой двигатель можно было построить, то он работал бы, например, за счет охлаждения атмосферы воздуха, воды в океане и т. п. Утверждение принципа о невозможности построения вечного двигателя второго рода также может служить формулировкой второго начала термодинамики. [c.56]

При переходе от рассмотренных идеальных циклов к определению показателей реальных двигателей учитывают необратимые потери в действительных процессах, переменное значение теплоемкости рабочего тела в различных стадиях цикла, потери работы на трение. Основные закономерности, полученные в результате сопоставления идеальных циклов ДВС, сохраняются и при сопоставлении реальных циклов. Например, сохраняется вывод о преимуществах цикла Дизеля по отношению к циклу Отто при одинаковой максимальной температуре сравниваемых циклов. По этой причине в настоящее время увеличено производство ДВС, работающих по циклу Дизеля, и сокращено производство ДВС, работающих по циклу Отто. Реализация данного направления развития техники обеспечит значительную экономию расходования жидкого топлива в народном хозяйстве нашей страны. [c.144]

Обязательным элементом ее являются устройства, в которых за счет подвода работы извне осуществляются процессы сжатия (компрессоры, турбокомпрессоры, насосы и т. д.), и устройства, в которых производится работа путем расширения (паровые и газовые турбины, турбодетандеры и т. д.). Реальные процессы расширения и сжатия сопровождаются потерями на необратимость и поэтому внутренний относительный к. п. д. каждого j-ro элемента системы находится следующим образом [c.69]

Эффективность необратимых (реальных) циклов, в которых процессы расширения и сжатия рабочего тела сопровождаются трением, завихрением (внутренняя необратимость) и потерей части полезной работы, оценивается так называемым внутренним к. п. д. т), [см. (1.213)1 [c.141]

Иногда вытекающее из основного уравнения (3-45) уменьшение полезной внешней работы адиабатически изолированной системы с возрастанием энтропии системы из-за необратимости происходящих в ней реальных процессов связывают с якобы действующей в природе тенденцией всех процессов приводить к обесцениванию или деградации энергии. Согласно этой точке зрения во Вселенной, которая рассматривается как изолированная система, с течением времени энтропия возрастает и вследствие этого уменьшается возможность превращения теплоты в работу, или, другими словами, происходит деградация энергии. В результате этого Вселенная в конце концов должна достигнуть состоя- [c.97]

В реальных условиях все процессы в ГТУ являются необратимыми, что оказывает большое влияние на характеристики установки. Необратимость реальных процессов вызвана потерями работы в турбине и компрессоре, а также потерями давления рабочего тела в тракте ГТУ. [c.198]

В. Томсон указывал на значение энтропии как меры рассеивания , или, как теперь называют, меры диссипации энергии. В изолированной системе тел возможны процессы, в результате которых тела, составляющие систему, приходят в состояние равновесия. При этом поскольку реальные процессы необратимы, энтропия системы возрастает, а ее энергия остается постоянной. В результате, в различных частях системы выравниваются величины плотностей энергии. Например, в случае теплообмена выравниваются температурные поля и возрастание энтропии означает уменьшение величины потенциально возможной работы. Поэтому иногда считают, что тепло обесценивается . Однако понятие диссипации энергии не следует отождествлять с обесцениванием тепловой энергии. Аргументируя это положение, М. Планк приводил пример полного превращения тепла в работу, в результате процесса изотермического расширения идеального газа. В этом случае тепло не может считаться обесцененным . [c.51]

Р. Клаузиус обобщил эту закономерность на любые необратимые энергетические процессы, введя принцип возрастания энтропии во всех реальных процессах преобразования энергии в изолированных системах суммарная энтропия всех участвующих в них тел возрастает. Это возрастание энтропии при прочих равных условиях тем больше, чем сильнее процесс (или процессы) в рассматриваемой системе отличается от идеальных, обратимых. В тепловом двигателе, например, как мы видели, ухудшение его действия (т. е. уменьшение получаемой из того же количества теплоты Qi работы L при тех же граничных температурах Ti и Гг) обязательно сопровождается увеличением энтропии, В тепловом насосе увеличение необходимых затрат работы приводит к тому же результату—росту энтропии. Следовательно, энтропия может выполнять еще одну должность — быть характеристикой необратимости процессов, показывать отклонение их от идеальных. Чем больше рост энтропии, тем это отклонение больше. [c.131]

Основной недостаток газа, как рабочего тела, заключается в том, что он сильно подвержен влиянию необратимых потерь в движущихся элементах греющей машины. Действительно, для парового цикла ]—2—2 —3—4—1 (рис. 7-1, г) учет этих потерь приведет к следующей связи между /р — работой, затрачиваемой на 1 кг рабочего тела в идеальном цикле, и I — работой, затрачиваемой в реальном процессе [c.160]

Важно отметить, что степень необратимости того или иного необратимого процесса может быть различной. Например, работа на преодоление сил трения будет затрачиваться и в случае движения полированного тела по полированной поверхности, и в случае, когда тело движется по грубо обработанной шероховатой поверхности, но величина работы, переходящей в тепло трения, во втором случае будет больше, чем в первом. В дальнейшем в этой главе будет введен объективный критерий для количественной оценки степени необратимости того или иного реального процесса. [c.51]

Помимо необратимых потерь, имеющих место в процессах, осуществляемых собственно рабочим телом в цикле (эти потери учитываются внутренним относительным к. п. д. цикла >] ,.), работа реальной теплосиловой установки сопряжена с рядом потерь, обусловленных необратимостью тепловых, механических и электрических процессов в отдельных элементах всей теплосиловой установки. К ним относятся потери на трение в подшипниках турбины или при движении поршня в цилиндре, потери тепла в паропроводах, электрические потери в электрогенераторе и т. д. G учетом этого эффективность теплосиловой установки в целом характеризуется величиной так называемого эффективного к. п. д. представляющего собой отношение величины работы, отданной теплосиловой установкой внешнему потребителю, к количеству тепла, подведенного к установке (вследствие неизбежных потерь тепла обычно только часть этого тепла воспринимается рабочим телом). [c.301]

Как отмечалось ранее, реальные процессы сжатия и расширения газа или жидкости всегда сопровождаются необратимыми потерями. Так, например, в гл. 8 показано, что при адиабатном течении с трением в кинетическую энергию потока (а, следовательно, затем и в работу) преобразуется только часть располагаемой разности энтальпий если располагаемая разность энтальпий равна (г —ц), то в работу превращается (ij—1зд), причем Чд > h- Разность же ( 2д—Ч) необратимо превращается в тепло трения. Поэтому внутренний относительный к. п. д. двигателя равен [c.303]

Обсуждение, проведенное в предыдущем разделе, подготовило почву для вывода теорем классической термодинамики равновесных процессов. При выводе этих теорем мы будем опираться на возможности абстрактного мышления, дополненные экспериментальными сведениями об окружающем нас физическом мире. Получаемые теоремы имеют неоценимое значение для инженера, позволяя установить критерии совершенства производящих и потребляющих работу приборов и машин, служащих основой современного технократического общества. Как уже отмечалось, только обратимые процессы позволяют совершать работу максимально эффективно— все реальные процессы в какой-то, пусть даже малой, мере являются необратимыми. Следовательно, аналитическое выражение рабочих критериев для любого реального прибора можно получить исключительно за счет возможностей нашего интеллекта эта цель недостижима на пути экспериментального определения характеристик реальных приборов, поскольку последние всегда содержат те или иные несовершенства. Таким образом, предстоящее аналитическое исследование может послужить выдающимся примером силы абстрактного мышления. [c.46]

Реальные двигатели внутреннего сгорания не могут работать по идеальному круговому циклу, так как происходящие в них процессы совершаются реальными газами. Процессы в реальных двигателях необратимы и разомкнуты химический состав рабочего тела (смесь воздуха с топливом) изменяется только б одном направлении — горючая смесь переходит в продукты сгорания. Обратного процесса — превращения продуктов сгорания в смесь топлива с [c.200]

Реальные двигатели внутреннего сгорания не могут работать по идеальному круговому циклу, так как происходящие в них процессы совершаются реальными газами. Процессы в реальных двигателях необратимы и разомкнуты химический состав рабочего тела (смесь воздуха с топливом) изменяется только в одном направлении — горючая смесь переходит в продукты сгорания. Обратного процесса — превращения продуктов сгорания в смесь топлива с воздухом — в цилиндре двигателя произойти не может. Продукты сгорания, расширившись и совершив работу, выбрасываются в атмосферу, а на их место поступает новая порция рабочей смеси. Таким образом, здесь круговой цикл прерывается. [c.226]

Выравнивание давления. В теплоизолированном цилиндре имеется закрепленный поршень, разделяющий две порции газа с одинаковой температурой, но разными давлениями Р1 и Р2 (Р > Рг)- Поршень освобождается, и начинается процесс выравнивания давления. Реальный необратимый процесс является изоэнергетическим, так как система не совершает работы над внешними телами и не получает тепло извне. Для того чтобы иметь возможность пользоваться формулой dS = дQ / Т, заменим этот реальный процесс воображаемым изоэнергетическим равновесным процессом. Представим для этого, что на поршень справа действует внешняя сила, на бесконечно малую долю меньшая, чем Р — Р2 (на единицу площади поршня). Тогда сила давления на поршень будет почти уравновешена внешней силой и процесс расширения газа будет обратимым. Так как начальное и конечное состояния одинаковы для реального необратимого и воображаемого обратимого процессов (они лежат на одной и той же изоэнергетичес-кой линии), то изменения энтропии одинаковы для этих двух процессов. В ходе воображаемого процесса при расширении газа в левом отсеке на dV система совершает против внешней силы работу Р — [c.113]

МИКИ. Многочисленные разработки приложения основных следствий второго закона термодинамики к расчету тепловых процессов показали, что наиболее рациональным является использование следствий понятия обратимости и необратимости процессов максимально возможной работы (эксергии) и величины Го2А5 — потерь возможной работы (эксергетических потерь). Эксергия дает представление о предельных возможностях преобразования энергии при обратимых процессах. Эксергети-ческие потери характеризуют степень отклонения необратимых (т. е. реальных) процессов от обратимых. Использование эксергии как количественной характеристики обратимых процессов, и эксергетических потерь как количественной характеристики необратимых (реальных) процессов составляет суть термодинамического метода анализа энергетических установок. [c.9]

Изображение реального процесса изменения объема рабочего тела (рис. 5) может рассматриваться как изображение конфигу-ративного обратимого процесса, т. е. обратимого процесса, имею-ш,его то же графическое изображение, что и реальный процесс ( 2 п. д). Отсюда следует, что эффективная работа реального процесса равна разности обратимой работы изменения объема (И) — (12) и необратимых потерь (6L ) [c.14]

Иногда вытекающее из основного уравнения (2.99) уменьшение полезной внешней работы адиабатически изолированной системы с возрастанием энтропии системы из-за необратимости происходящих в ней реальных процессов связывают с якобы действующей в природе тенденцией всех процессов приводить к обесцениванию или деградации энергии. Согласно этой точке зрения, во Вселенной, которая рассматривается как изолированная система, с течением времени энтропия возрастает и вследствие этого уменьшается возможность йревращения теплоты в работу, или, другими словами, происходит деградация энергии. В результате этого Вселенная в конце концов должна достигнуть состояния абсолютного теплового равновесия ( тепловой смерти по Клаузиусу и Томсону), при котором всякие процессы в ней прекратятся, а превращения энергии станут невозможными. [c.156]

В реальных условиях из-за наличия теплообмена между сжимаемым газом и окружающей средой, а также вследствие необратимого превращения работы трения в теплоту процесс сжатия газа в компрессоре не является изоэнтрспическим и может приближенно рассматриваться как политропический процесс со средним показателем политропы пфк. [c.362]

Удельная раГюта 1. турбины определяется уравнением = ij — г.,, которое является у1гнверсллы1ым и пригодным для необратимых процессов н может н И1меият1)СЯ для определения работы реальных машин. Удельную рг Г) )гу расходуемую на питательный пасоо (о [c.336]

Если первичная энергия является работой любого вида, то с помощью идеального преобразователя, в котором отсутствуют неравновесные, необратимые процессы (трение, электрическое сопротивление, диффузия и тому подобные процессы диссипации), она может быть полностью преобразована в энергию любого иного вида. Максимальная 1еоретпческая эф41ективность преобразования работы в любую иную форму энергии (т. е. наибольший КПД преобразователя работы) равна единице. В реальных преобразователях имеются процессы диссипации, которые переводят часть энергии, подведенной в форме работы, в энергию хаотического теплового движения микрочастиц тел, участвующих в процессе преобразования, в связи с чем эффективность преобразования снижается. Такое снижение эффективности вызвано наличием необратимых процессов, поэтому для характеристики эффек-тивпостн преобразователей работы необходимо воспользоваться вторым законом термодинамики и следствиями из него. [c.366]

В 1852 г. в работе О проявляющейся в природе общей тенденции к рассеянию механической энергии В. Томсон вводит важнейшее деление процессов на обратимые и необратимые. Вое реальные процессы необратимы. Он писал, что только системы тел, подверженные обратимым изменениям, обладают свойством восстанавливать механическую энергию , то есть способно>сть производить ту же самую механическую работу. При не-братимых же процессах, таких, как трение, теплопроводность и т. п., система тел не может прийти в первоначальное состояние, поскольку их механическая энергия , то есть способность совершать работу, непрерывно уменьшается и происходит рассеяние механической Энергии , превращающейся в теплоту. [c.157]

Второй закон термодинамики и энтролия позволили лучше оценить энергетические возможности систем. Еще Гиббс и Гельмгольц доказали, что в данной среде, например в земиой атмосфере, можно использовать только часть полной энергии системы At/, например химического топлива. Эта часть была названа свободной энергией — AF. Другая же часть энергии топлива -- связанная , равная произведению температуры окружающей среды То на изменение энтропии в обратимых процессах (например, в результате изменения числа молей газообразных веществ, участвующих в реакции)—Д5о, то есть — Qq—To Sq, — переходит в тепло и рассеивается в окружающей среде. Таким образом, максимальная работа, которую способна совершить система, не может превысить величины 1 тах=At/—7 оА5о=Д/ . Поскольку же в реальных процессах всегда имеют место потери вследствие необратимости — ToAS , то действительная работа всегда меньше максимальной —ГоСА о-Ь [c.160]

Чтобы процесс разделения протекал обратимо, необходимо в каждом сечении разделительного аппарата обеспечить бесконечно малую разность потенциалов (разность температур и химических потенциалов). Иначе говоря, фазы должны находиться в квазиравновесном состоянии. Если разделение происходит при постоянном давлении, то условие равновесия требует прежде всего определенного, меняющегося в зависимости от концентрации, т. е. от сечения к сечению, соотношения количеств обеих фаз. Последнее, в свою очередь, естественно вызывает необходимость подвода тепла во всех сечениях разделительного аппарата. Если бы процесс обратимого разделения удалось реализовать, то затраченная работа была бы минимальной. Несмотря на теоретическую ясность схемы такого процесса, практические трудности на пути его осуществления, в технике разделения газов до сих пор не преодолены. Из многочисленных предложений, только одно прочно вошло в практику — это предложение Лахмана, согласно которому в воздухоразделительную колонну вводится предварительно охлажденный поток несжатого воздуха. Поэтому за теоретическую схему реального процесса разделения можно принимать так называемую схему адиабатической ректификации с неограниченной поверхностью контакта фаз. Степень необратимости процесса разделения в таком аппарате будет различна в зависимости от типа колонны. В каждом конкретном случае приращение энтропии можно легко определить по диаграмме у—s, как разность изменения энтропий встречных потоков. [c.176]

Всякое излучение кроме всех прочих характеристик (яркость, спектральный состав, поляризация и т.д.) характеризуется и энтропией (опять той самой проклятой энтропией, которую на горе всем инверсионщикам придумал Р. Клаузиус). Она равна нулю только у монохроматического (одноцветного) когерентного излучения, где все кванты имеют совершенно одинаковую частоту синхронных колебаний. Такое высококачественное излучение имеет эксергию, равную энергии, и может, следовательно, в принципе целиком быть преобразовано в работу. Если же поток излучения характеризуется широким спектром разных частот, то его энтропия может быть значительной она тем больше, чем больше беспорядок , получающийся при наложении разных частот в одном общем потоке излучения. Так вот, антистоксова люминесценция как раз характеризуется тем, что накачка люминофора энергией ведется излучением с узким спектром частот (т. е. с малой энтропией), а выдает он излучение с широким (т. е. с большой энтропией) поэтому радоваться тому, что W2>Wu а Q извлечено из окружающей среды и концентрируется , нет оснований. Наоборот, следует признать, что процесс идет с ухудшением энергии уходящий поток излучения уносит большую энтропию, чем приносят входящие потоки энергии (рис. 5.9,6). Прирост энтропии AS связан с необратимостью реального процесса в люминофоре. Налицо явная, как говорят шахматисты, потеря качества . Это видно и из эксергетического баланса (рис. 5.9, в) выходящая эк-сергия меньше входящей на величину потери D. [c.214]

Сравнительно недавно в результате работ Оизагера, Пригожи-на, Де Гроота и других ученых [Л. 910], заложивших основы так называемой термодинамики необратимых процессов, удалось распространить термодинамический метод исследования на реальные процессы, в Которых имеются отклонения от статического раз-иовесия, обусловленные наличием в системе стационарных и нестационарных, обладающих конечной скоростью потоков тепла, электричества и т. п. Были в дополнение к таким законам природы, как закон сохранения и превращения энергии, сформулированы етце два принципа и положены в основу новой термодинамики принцип линейности и принцип взаимности. [c.243]

Энтропия — мера потери работы вследствие необратимости реальных процессов, Чем больше необратим процесс в изолцро-ванной системе, тем больше возрастает энтропия >> и тем большая доля энергии не превращается в работу, рассеивается в окружающую среду. [c.39]

За счет процессов, которые сейчас можно грубо назвать фрикционными или диссипативными , все естественные процессы в какой-то мере термодинамически несовершенны, или, выражаясь языком термодинамики, необратимы . Следовательно, любая реальная установка будет либо больше потреблять, либо меньше производить работы, чем это было бы возможно в воображаемой идиллической стране, которую можно было бы назвать Термото-пией . В ней все процессы обратимы и какие-либо несовершенства отсутствуют. В связи с этим следует отметить, что, как и другие ученые, специалист по термодинамике, описывая поведение физического мира, строит упрощенную модель — природа физического мира слишком сложна, чтобы можно было описать ее сразу во всех деталях. [c.11]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...