🗊Презентация Термодинамические процессы и цикл Карно

Лекция 15 (2 сем). Термодинамические процессы и цикл Карно Курс физики для студентов 1-2 курса БГТУ Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович

1. Обратимые и необратимые термодинамические процессы. Квазистатические процессы Как показывает опыт, многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. Например, при тепловом контакте двух тел с разными температурами тепловой поток всегда направлен от более теплого тела к более холодному. Никогда не наблюдается самопроизвольный процесс передачи тепла от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Следовательно, процесс теплообмена при конечной разности температур является необратимым. Другие примеры необратимых процессов: расширение газа в пустоту, теплопередача. Обратимый термодинамический процесс – это такой термодинамический процесс , который он может быть проведен как в прямом, так и в обратном направлении через одни и те же состояния. При этом сама система и окружающие тела возвращаются к исходному состоянию. Процессы, в ходе которых система все время остается в состоянии равновесия, называются квазистатическими. Все квазистатические процессы обратимы. Все обратимые процессы являются квазистатическими.

Тепловой двигатель Тепловой двигатель - устройство, способное превращать полученное количество теплоты Q в механическую работу A. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии. Эти тела называются тепловыми резервуарами.

2. Круговой процесс. Равновесные циклы Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Цикл или круговой процесс - это процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме pV равновесный цикл изображается замкнутой кривой.

3. Второе начало термодинамики. Понятие прямого и обратного цикла Второе начало термодинамики указывает на направленность самопроизвольного термодинамического процесса в замкнутой системе. Две формулировки: 1. Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от менее нагретого тела к более нагретому (формулировка Клаузиуса). 2. Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение всей теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную работу (формулировка Кельвина). Прямой цикл реализуется в тепловом двигателе — периодически действующем устройстве, которое совершает работу за счет полученной от нагревателя теплоты Q. Обратный цикл используется в холодильных установках - периодически действующих устройствах, в которых за счет работы А внешних сил теплота переносится от более холодного тела к телу с более высокой температурой.

Тепловые и холодильные машины В тепловом двигателе от нагревателя с температурой Т1 за цикл отнимается количество теплоты Q1, а холодильнику с более низкой температурой за цикл передается количество теплоты Q2. При этом совершается работа А >0.

Невозможность вечного двигателя 1 тип: Циклически работающие тепловые машины, запрещаемые первым началом термодинамики:

4. Примеры циклов. Цикл Карно и теоремы Карно Цикл Карно – это цикл , состоящий из двух адиабат и двух изотерм. В обратимом цикле Карно тепло, отнятое от тела, превращается в максимально возможную механическую работу. В данном цикле должны отсутствовать необратимые процессы теплопроводности.

Цикл Карно и теоремы Карно На всех стадиях рассмотренного кругового процесса нигде не допускается соприкосновение двух тел с различными температурами, и, таким образом, исключается необратимый процесс теплопроводности. Весь цикл проводится, следовательно, обратимым путем. Данный цикл протекает независимо от вида рабочего тела.

Цикл Карно и 1-я теорема Карно Вывод: для цикла Карно КПД определяется только температурами нагревателя Т1 и холодильника Т2. Полученный результат имеет общий характер и представляет собой содержание первой теоремы Карно.

2-я теорема Карно КПД обратимого цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и от технических способов осуществления цикла. Сравнение КПД различных обратимых и необратимых циклов с КПД обратимого цикла Карно (идеальной тепловой машины) позволило сделать следующий вывод (вторая теорема Карно): КПД любого реального обратимого или необратимого прямого кругового процесса (тепловой машины) ηлюбого не может превышать КПД обратимого цикла Карно ηКарно при одинаковых температурах Т1 нагревателя и Т2 холодильника:

Спасибо за внимание! Курс физики для студентов 1 курса БГТУ Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович