БИЛЕТ 7

1) Принцип возрастания энтропии как следствие 2 закона т-д

Второе начало термодинамики

Нельзя перенести теплоту с более низкого на более высокий температурный уровень, не совершив внешней работы.

Рисунок 8. Иллюстрация первого начала термодинамики на примере

QХМT =. L + QX

На иллюстрации ХМ для переноса теплоты (отвода теплоты) с более низкого температурного уровня ТХ на более высокий температурный уровень ТТ.

Холодильная машина работает по замкнутому циклу : изменение энергии за цикл равно нулю, поэтому для переноса теплоты с более высокого температурного уровня на низки уровень, то есть против естественного хода теплоты ( от источника с высокой температурой к телу с низкой температурой) необходимо совершить внешнюю работу.

Это является логическим следствием первого закона термодинамики и позволяет ввести величину энтропии, изменение которой может быть связано с изотермическим отводом и подводом теплоты.

dQT	≤ dS Джкг
Функция состояния, определяющая меру «неупорядоченности» :
dq	Дж
T	≤ ds кг ∙ К

2)Гелий, его основные изотопы. Их краткая хар-ка, св-ва, обл примен. Особенности ожиж

Инертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха, аномально высокая теплоёмкость и низкая плотность, сверхтекучести при температурах ниже 2,17 К, наилучший теплоноситель в связи с высоким коэффициентом теплопроводности как газа, так и жидкости, отсутствует кривая сублимации.

Сверхтекучесть гелия: гелий начинает постепенно терять вязкость, т.е. становится как бы невязкой жидкостью, проходящей без гидравлического сопротивления через каналы и щели.

Получение: из природного газа (не более 0,005%) последовательной очисткой от углекислого газа, углеводородов, от азота, водорода и других низкотемпературных примесей.

Капица предложил двухжидкостную модель жидкого гелия при низких температурах – состоит из сверхтекучей и обычной компоненты, причём с понижением температуры доля сверхтекучей компоненты увеличивается.

Сверхтекучая компонента подчиняется закономерностями квантовой механики, что объясняет её свойства:

	Движение через микрощели (меньше 0,5 мкм);				Термомеханический
	эффект (движение сверхтекучей плёнки в направлении теплового
	потока);	Аномально высокая теплопроводность сверхтекучего
	гелия, возникновение скачка температур на границе сверхтекучего
	гелия и твердого тела (сопротивление Капицы)
	Параметр			Гелий
	Температура кипения ( 1 атм)			4,224 К
	Температура плавления (1 атм)			нет твердого состояния
	Температура критической			5,2014 К
	точки
	Давление критической точки			0,2275 МПа
	Температура тройной точки			тройной точки не имеет
	Давление тройной точки			тройной точки не имеет
	Верхняя температура инверсии			46 К
	Плотность			кг/м3
	льда			190
	жидкости			125
	газа (при 293 К и 1 атм)			0,1663
	Теплофизические свойства азота:
	Теплота испарения			20,8 кДж/кг

Теплота плавления	5,7	кДж/кг
Теплоёмкость жидкости	5,0	кДж/кг*К
Теплоёмкость газа (при 293	5,2	кДж/кг*К
К)

Применение:

Получение низких и сверхнизких температур; Криогенное обеспечение сверхпроводящих систем; Имитаторы космического пространства; Создание искусственной атмосферы; Транспорт, воздухоплавание;

Помимо традиционного гелия-4 существует изотоп гелий-3, количество которого на несколько порядков меньше, чем гелия 4. Обладает теми же свойствами, что и гелий 4, и в перспективе может быть использован как топливо в термоядерной реакции вместо водорода. Гелий-3 содержится в лунной атмосфере.

Ожижение гелия принципиально отличается от методов ожижения других газов тем, что температура инверсии находится ниже температуры окр среды, что дает отрицательный дроссель эффект

Для сжижения гелия могут быть применены:

1.Цикл с дросселированием и предварит охлаждением жидким водородом

Цикл с предварит охлаждением в детандере ( не треб предв охл т к необх дроссельн эффект получается за счет детанирования)

3) Особенности использования детандеров в низкотемпературных установок.

Детандирование – адиабатное расширение газа или пара с совершением внешней работы. В идеальном случае процесс квазиравновесен и описывается условием S=const

В области умеренного холода используется в воздушных турбохолодильных установках. В области низких температур – ожижение низкотемпературных газов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также в рефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты из низкотемпературных камер.

Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных и турбодетандеров.

Также, как и дросселирование, изоэнтропическое расширение характеризуется дифференциальным эффектом понижения температуры,

=

интегральным эффектом

∆ = нк = нк

В качестве теплового эффекта изоэнтропного расширения используется идеальная работа детандирования .

Перепад температуры при S=const расширении уменьшается при понижении температуры начала расширения. Это обуславливается тем, что на TS – диаграмме с повышением температуры изобары идут более круто.

Рисунок 92. Зависимость интегрального эффекта детандирования от
следствием того, что изобары в области		∆
начальной температуры.
С повышением начального давления перепад			уменьшается. Является
более густо.	высоких давлений расположены

Рисунок 93. Зависимость интегрального эффекта детандирования от начального давления.

Общий вывод: исходя из вышеперечисленной зависимости, детандирование целесообразно проводить при высокой начальной температуре процесса расширения в области невысоких давлений окончания расширения.

Для воздушных турбохолодильных машин реализуется цикл Дубинского в ряде случаев, где давление расширения ниже атмосферного.