Круговые процессы (циклы). Цикл Карно


Напомним, что совокупность процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние, называется круговым процессом (циклом). В основе работы всех циклических тепловых машин лежат круговые процессы.

 

На p – V диаграмме циклический процесс изображается замкнутой кривой (рис.9.8). Точки 1 и 2 соединяются двумя различными кривыми. Производимая системой работа при переходах из одного состояния в другое измеряется площадью под соответствующей кривой. Если циклический процесс происходит по направлению часовой стрелки, то площадь ограниченная кривыми, соответствует работе, производимой системой (тепловой двигатель), а если против часовой стрелки, то во время процесса работа совершается над системой (холодильники и тепловые насосы).

Таблица 9.1.

Название процесса  
  Изохорический Изобарический Изотермический Адиабатический
Условие протекания процесса   V = const p = const   T = const   dQ = 0
Связь между параметрами состояния        
Работа в процессе      
Количество теплоты, сообщенное в процессе      
  Изменение внутренней энергии                
Теплоемкость        

 

В процессе, происходящем по направлению часовой стрелки, тепловая энергия превращается в механическую (рис. 9.9.):

 

.

 

В процессе, происходящем против часовой стрелки, механическая энергия превращается в тепловую:

 

.

 

В тепловых двигателях стремятся достичь наиболее полного превращения тепловой энергии в механическую. Карно обнаружил, что наиболее благоприятные соотношения получаются в том случае, когда газ совершает определенный цикл. Этот цикл состоит из четырех последовательных термодинамических процессов (рис. 9.10)   1. Изотермическое расширение (1-2): T1 = const, V2 > V1, p2 < p1.  

Подведенная теплота (9.23) .

Произведенная системой работа .

 

2. Адиабатическое расширение (2-3):

, , .

Подведенная теплота .

Произведенная системой работа .

3. Изотермическое сжатие (3-4):

, , .

Отведенная теплота .

Совершенная над системой работа .

 

4. Адиабатическое сжатие (4-1):

, , .

Отведенная теплота .

Совершенная над системой работа .

Площадь, заключенная между кривыми 1-2-3 (рис. 9.10.) и осью абсцисс, соответствуют механической работе, произведенной газом при расширении, а площадь, заключенная между кривыми 3-4-1 и осью абсцисс, соответствует механической работе, затраченной на сжатие газа. Разность обеих площадей дает механическую работу, произведенную во время цикла. Отсюда следует, что количество теплоты , полученное газом от нагревателя при переходе из состояния 1 в состояние 2, должно быть больше количества теплоты , отданного газом холодильнику при переходе из состояния 3 в состояние 4: . Часть полученного газом тепла расходуется тогда на произведение механической работы. Превращение теплоты в механическую энергию происходит не полностью, а лишь частично.

Коэффициент полезного действия (КПД)показывает,какая часть теплоты, полученной газом от нагревателя, превращается в механическую работу.

 

Если

Qподв — количество теплоты, полученное газом от нагревателя при более высокой температуре T1 (Qподв > 0),

Qотв — количество теплоты, отданное газом холодильнику при более низкой температуре T2 (Qотв < 0),

η — термический КПД = =

= , (9.31)

то, поскольку Q = Qподв + Qотв (Qотв < 0), получим КПД тепловых двигателей

. (9.32)

 

В случае цикла Карно это общее равенство можно соответствующим образом преобразовать.

Поскольку процессы 2-3 и 4-1 представляют собой адиабатические процессы, для них из формулы (9.29) следует

 

. (9.33)

Таким образом

 

.

 

 

Термический КПД запишется тогда в виде

 

. (9.34)

 

После упрощения получим термический КПД цикла Карно:

 

. (9.35)

 

КПД цикла Карно не зависит от природы рабочего тела и является функцией только температуры холодильника и нагревателя. Максимальное значение КПД (идеальный случай) любых тепловых двигателей всегда меньше единицы

и определяется по формуле (9.35). В действительности КПД всегда меньше этого значения вследствие потерь и прочих причин. Таким образом, формула (9.35) определяет верхний предел КПД: hидеал.

 

 



Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 2215;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.013 сек.