Тэрмадынамічныя цыклы
| Фазавыя пераходы |
|---|
 |
| Артыкул з'яўляецца часткай серыі «Тэрмадынаміка». |
| Паняцце фазы |
| Раўнавага фаз |
| Квантавы фазавы пераход |
| Раздзелы тэрмадынамікі |
| Пачаткі тэрмадынамікі |
| Ураўненне стану |
| Тэрмадынамічныя велічыні |
| Тэрмадынамічныя патэнцыялы |
| Тэрмадынамічныя цыклы |
| Фазавыя пераходы |
| правіць |
| Гл. таксама «Фізічны партал» |
Тэрмадынамічныя цыклы — кругавыя працэсы ў тэрмадынаміцы, гэта значыць такія працэсы, у якіх пачатковыя і канчатковыя параметры, якія вызначаюць стан працоўнага цела (ціск, аб’ём, тэмпература, энтрапія), супадаюць.
Тэрмадынамічныя цыклы з’яўляюцца мадэлямі працэсаў, якія адбываюцца ў рэальных цеплавых машынах для ператварэння цяпла ў механічную работу.
Кампанентамі любой цеплавой машыны з’яўляюцца рабочае цела, награвальнік і халадзільнік (з дапамогай якіх змяняецца стан працоўнага цела).
Зварачальным называюць цыкл, які можна правесці як у прамым, так і ў зваротным напрамку ў замкнёнай сістэме. Сумарная энтрапія сістэмы пры праходжанні такога цыклу не мяняецца. Адзіным зварачальным цыклам для машыны, у якой перадача цяпла ажыццяўляецца толькі паміж рабочым целам, награвальнікам і халадзільнікам, з’яўляецца Цыкл Карно. Існуюць таксама іншыя цыклы (напрыклад, цыкл Стырлінга і цыкл Эрыксана), у якіх зварачальнасць дасягаецца шляхам увядзення дадатковага цеплавога рэзервуара — рэгенератара. Агульным (г. зн. адзначаныя цыклы прыватны выпадак) для ўсіх гэтых цыклаў з рэгенерацыяй з’яўляецца цыкл Рейтлінгера. Можна паказаць (гл. артыкул Цыкл Карно), што зварачальныя цыклы валодаюць найбольшай эфектыўнасцю.
Асноўныя прынцыпы
Прамое пераўтварэнне цеплавой энергіі ў работу забараняецца пастулатам Томсана (гл. Другі пачатак тэрмадынамікі). Таму для гэтай мэты выкарыстоўваюцца тэрмадынамічныя цыклы.
Для таго, каб кіраваць станам працоўнага цела, у цеплавую машыну ўваходзяць награвальнік і халадзільнік. У кожным цыкле рабочае цела забірае некаторы колькасць цеплыні (
Q
1
{\displaystyle Q_{1}}
Q
2
{\displaystyle Q_{2}}
A
(
Q
1
−
Q
2
) − Δ U
Q
1
−
Q
2
{\displaystyle ,!A=(Q_{1}-Q_{2})-\Delta U=Q_{1}-Q_{2}}
U
{\displaystyle U}
Нагадаем, што работа не з’яўляецца функцыяй стану, інакш сумарная работа за цыкл таксама была б роўная нулю.
Пры гэтым награвальнік патраціў энергію
Q
1
{\displaystyle Q_{1}}
η
A
Q
1
=
Q
1
−
Q
2
Q
1
{\displaystyle ,!\eta ={\frac {A}{Q_{1}}}={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}}
.
Вылічэнне работы і ККД у тэрмадынамічнаму цыкле
Работа ў тэрмадынамічнаму цыкле, па азначэнні, роўная
A
∮
C
P d V
{\displaystyle ,!A=\oint _{C}PdV}
C
{\displaystyle C}
C іншага боку, у адпаведнасці з першым пачаткам тэрмадынамікі, можна запісаць
A
∮
C
δ Q − d U
∮
C
δ Q
∮
C
T d S
{\displaystyle ,!A=\oint _{C}\delta Q-dU=\oint _{C}\delta Q=\oint _{C}TdS}
Q
1
=
∫
A → B
δ Q
∫
A → B
T d S
{\displaystyle ,!Q_{1}=\int _{A\rightarrow B}\delta Q=\int _{A\rightarrow B}TdS}
Цыкл Карно і максімальны ККД цеплавой машыны
Асноўны артыкул: Цыкл Карно
Уявім сабе наступны цыкл:
Фаза А → Б. Рабочае цела з тэмпературай, роўнай тэмпературы награвальніка, прыводзіцца ў кантакт з награвальнікам. Награвальнік паведамляе працоўнаму целу
Q
1
=
T
H
(
S
2
−
S
1
)
{\displaystyle ,!Q_{1}=T_{H}(S_{2}-S_{1})}
Фаза Б → В. Рабочае цела адлучаецца ад награвальніка і працягвае пашырацца адзіабатычна (без цеплаабмену з навакольным асяроддзем). Пры гэтым яго тэмпература памяншаецца да тэмпературы халадзільніка.
Фаза В → Г. Рабочае цела прыводзіцца ў кантакт з халадзільнікам і перадае яму
Q
2
=
T
X
(
S
2
−
S
1
)
{\displaystyle ,!Q_{2}=T_{X}(S_{2}-S_{1})}
Фаза Г → А. Рабочае цела адзіабатычна сціскаецца да зыходнага памеру, і яго тэмпература павялічваецца да тэмпературы награвальніка.
Яго ККД роўны, такім чынам,
η
Q
1
−
Q
2
Q
1
=
T
H
(
S
2
−
S
1
) −
T
X
(
S
2
−
S
1
)
T
H
(
S
2
−
S
1
)
=
T
H
−
T
X
T
H
{\displaystyle ,!\eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}={\frac {T_{H}(S_{2}-S_{1})-T_{X}(S_{2}-S_{1})}{T_{H}(S_{2}-S_{1})}}={\frac {T_{H}-T_{X}}{T_{H}}}}
Можна паказаць, што ККД цеплавой машыны Карно максімальны ў тым сэнсе, што ніякая цеплавая машына з тымі ж тэмпературамі награвальніка і халадзільніка не можа валодаць большым ККД.
Заўважым, што магутнасць цеплавой машыны Карно роўная нулю, так як перадача цяпла ў адсутнасць рознасці тэмператур ідзе бясконца павольна.
Гл. таксама
Спасылкі
- Інтэрактыўны сеткавы разлік і графічная ілюстрацыя асноўных тэрмадынамічных цыклаў
- Праграма Разлік тэрмадынамічных цыклаў Архівавана 19 жніўня 2014.
Літаратура
- Базаров И. П. Термодинамика.(недаступная спасылка) М.: Высшая школа, 1991, 376 с.
- Базаров И. П. Заблуждения и ошибки в термодинамике. Изд. 2-ое испр. М.: Едиториал УРСС, 2003. 120 с.
- Дыскин Л.М., Пузиков Н.Т. Расчет термодинамических циклов.
- Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Т.1: Теория равновесных систем: Термодинамика. Том.1. Изд. 2, испр. и доп. М.: УРСС, 2002. 240 с.
- Александров А. А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. Издательство МЭИ, 2004.
Катэгорыя·Тэрмадынамічныя цыклы
Катэгорыя·Вікіпедыя·Артыкулы з непрацоўнымі спасылкамі
Катэгорыя·Тэрмадынаміка