Киэ бытового холодильника
= 40°C+273 = 313
– температура воздуха вблизи радиатора
(теплообменника) морозильной установки,
расположенного на задней стенки
холодильника;
= -23°C+273 = 250
– температура продуктов в морозильной
камере.
Реально КИЭ бытового холодильника не превосходит 3.
Киэ кондиционера воздуха
= 40°C+273 = 313
– температура наружного воздуха в
жаркий день;
= 22°C+273 = 295
– температура в охлаждаемом кондиционером
помещении.
Значения КИЭ у реально существующих бытовых кондиционеров воздуха не превышают 3,5.
Киэ теплового насоса
Поместив холодильник на улице, можно передавать количество теплоты от холодного воздуха за окном внутрь дома и обогревать его.
= 27°C+273 = 300
– температура в обогреваемом тепловым
насосом помещении;
= -23°C+273 = 250
– температура наружного воздуха в
зимнее время года.
В действительности КИЭ бытовых тепловых насосов не превосходит 2,5.
Как видим эффективность теплового насоса, работающего с максимально допустимой эффективностью, составляет 600%. Это означает, что 1 Дж упорядоченной электрической энергии, подводимой к тепловому насосу позволяет передать от холодного воздуха за окном к теплому воздуху в доме 6 Дж энергии! Если же в качестве отопительного прибора использовать электрический тен, то КИЭ будет составлять 100%. Значит, использование теплового насоса оказывается в 6 раз эффективнее, чем использование традиционных электронагревательных приборов.
Тепловое загрязнение окружающей среды
В процессе работы любой тепловой машины часть получаемой от топлива энергии возвращается низкотемпературному резервуару (холодильнику). Эта энергия в конечном итоге полностью рассеивается и приводит к нагреву окружающей среды, т.е. атмосферы или прилегающих водоемов. Такой нагрев окружающей среды нежелательное явление с экологической точки зрения. Его называют тепловым загрязнением среды.
Контрольные вопросы
1. Что называется
циклом Карно? Изобразите его график на
диаграмме. Запишите формулу для КПД
этого цикла.
2. Почему КПД машины Карно не может быть равным единице?
3. Почему в реальных машинах не используется цикл Карно?
4. Сформулируйте первую теорему Карно. Перечислите ее приложения.
5. Сформулируйте вторую теорему Карно. Перечислите ее приложения.
6. Сформулируйте принцип построения абсолютной термодинамической шкалы температур.
7. В чем заключается сущность метода циклов? Поясните на примере.
8. Получите неравенство Клаузиуса для цикла Карно. Запишите неравенство Клаузиуса в обобщенном виде. Для каких процессов неравенство переходит в равенство? Что из этого следует?
9. Сделайте оценку сверху КПД двигателя внутреннего сгорания, если температура воспламенения бензиново-воздушной смеси составляет 2000оС?
10. Сделайте оценку сверху КПД дизельного двигателя, если известно, что температура самовоспламенения дизельного топлива при сжатии равна 800оС.
11. Сделайте оценку сверху КИЭ бытового кондиционера, если температура наружного воздуха достигает 37оC, а в доме требуется поддерживать температуру 18оС.
12. Какое устройство называется тепловым насосом? Оцените его эффективность.
ЛЕКЦИЯ 11
ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ.
Второе начало является решающей аксиомой термодинамики, поскольку именно оно определяет направление процессов, которые могут происходить в действительности. Кроме того, совместно с первым началом второе начало позволяет установить множество точных количественных соотношений между различными макроскопическими параметрами тел в состоянии термодинамического равновесия. Это оказывается возможным благодаря введению такого фундаментального понятия как энтропия. Энтропия (греч. – поворот, превращение) служит мерой преобразования или эволюции системы.
Исторически открытие второго начала связано с анализом работы тепловых машин, чем и определяются его исходные формулировки. Основоположником второго начала по праву считается Сади Карно. Подойдя вплотную ко второму началу, в своих знаменитых теоремах он не дал его чёткую формулировку. Это было сделано только в 1850-1851гг. независимо друг от друга Рудольфом Клаузиусом и Вильямом Томсоном (лордом Кельвином).