TT / Лекции Термодинамика
.pdf
Термодинамика 81
Политропный процесс
Работа: |
p v |
|
− p v |
|
|
R(T2 −T1 ) |
|
|
|
p v |
T |
|
|
||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
l = |
2 |
|
|
1 1 |
= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
1 1 |
|
|
2 |
−1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1−n |
1 |
−n |
T |
||||||||||||||||||
|
|
|
1−n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RT1 |
|
|
|
1−n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
l |
= |
|
|
|
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−n v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p1v1 |
|
|
p2 |
|
(n−1) n |
|
|
|
|
RT1 |
|
|
p2 |
|
(n−1) n |
|
||||||||||||
l = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
||||||||
1−n |
p |
|
|
|
|
|
|
1−n |
|
p |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
Термодинамика 82
ТД процессы на одной диаграмме p изохора
изобара
изотерма
адиабата
v
Термодинамика 83
Второй закон термодинамики
Невозможно получить работу за счет тел, находящихся в термодинамическом равновесии
Термодинамика 84
Второй закон термодинамики
Тепло не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому (Р.Клаузиус)
Термодинамика 85
Второй закон термодинамики
Невозможен периодический процесс, единственным результатом которого является поглощение теплоты от нагревателя и полное преобразование этой теплоты в работу (У.Томсон)
Термодинамика 86
Второй закон термодинамики
Невозможно построить вечный двигатель второго рода – периодически работающую машину, единственным результатом действия которой было бы совершение механической работы за счет охлаждения теплового резервуара (М.Планк).
Термодинамика 87
Компенсирующие процессы
Для получения полезной работы от двигателя или переноса теплоты от холодного тела к горячему необходимы компенсирующие процессы.
В первом случае (для получения работы) необходим отвод теплоты в окружающую среду.
Во втором случае (для переноса тепла от холодного тела к горячему) – затрата работы.
Термодинамика 88
Тепловая машина
|
|
Термодинамика |
|
89 |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
Тепловая машина |
|
|
||||||
подвод |
Q |
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
тепла |
|
|
|
|
ас |
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
ши |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
||
|
|
д |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
||
|
|
в |
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
а |
|
|
|
||
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
||
|
с |
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
отвод |
|
|
жа |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
т |
|
|
|
|
|
|
Q2 |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
тепла |
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Термодинамика |
|
90 |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
Идеальная тепловая машина |
|||||||||
В тепловом двигателе подводится теплота Qподв, а |
||||||||||
отводится теплота Qотв. В идеальном двигателе в |
||||||||||
работу превращается теплота Qподв – Qотв. |
||||||||||
Потери энергии, за исключением теплоты Qотв, не |
||||||||||
учитываются (потери тепла через стенки, потери |
||||||||||
на трение и т.д.). Тогда работа, получаемая в |
||||||||||
двигателе за один цикл, равна: |
|
|
||||||||
|
Lц = Qподв −Qотв = Lрасш − Lсжат |
|
||||||||
Термодинамика 91
КПД тепловой машины
Коэффициент полезного действия представляет собой отношение полезной энергии (работы) к затрачиваемой. Термический КПД рассматриваемого цикла:
η = |
Lц |
= |
Qподв −Qотв |
=1− |
Qотв |
Q |
|
Q |
|||
|
|
Q |
|||
|
подв |
|
подв |
подв |
|
Из второго закона термодинамики:
η <1
Термодинамика 92
Конец лекции 3
Термодинамика 93
Классная работа 3
Термодинамика 94
Задача 1
Идеальный газ, азот, занимавший объем V=5·10–3м3 и находившийся под давлением p=2·105 Па при температуре 290К был нагрет при постоянном объеме до давления p=3·105Па, а затем расширился изобарически в 2 раза.
Как изменялась температура газа? Каков подвод тепла в каждом случае? Какова совершенная газом работа?
Термодинамика 95
Задача 2
Цилиндр с непроницаемым абсолютно гладким поршнем содержит 1м3 одноатомного совершенного газа при давлении 1Атм. Газ медленно сжимают при постоянной температуре до объема 0,4м3. Какая работа совершается при этом? Как меняется давление газа? Каков подвод/отвод тепла от газа?
Термодинамика 96
Задача 3
Двухатомный газ (хлор) с массой m=0,5кг и молярной массой μ=71г/моль расширяется в термоизолированном сосуде. Объем газа изменился в 2 раза. Как изменились температура и давление газа? Какая работа совершена газом, если его начальная температура была равна
500К?
Термодинамика 97
Домашняя работа 3
Термодинамика 98
Задача 1
Двухатомному совершенному газу сообщают 500ккал тепла, при этом газ расширяется изобарически. Найти работу расширения газа.
Задача 2
Вычислить количество тепла, необходимое для нагревания 1 м3 воздуха от температуры 17°С до температуры 22°С при постоянном объеме, если начальное давление равно 1Атм, плотность воздуха 1,29кг/м3, теплоемкость при постоянном давлении cp=0,273 ккал/(кг·К).
Термодинамика 99
Лекция 4
Термодинамика 100
Прямой цикл
Рассмотренный цикл является прямым. Здесь теплота превращается в работу, Lрасш > Lсж.
По прямому циклу работают тепловые двигатели:
−двигатели внутреннего сгорания;
−паровые машины;
−газотурбинные установки;
−ракетные двигатели.