Термодинамика

Чтобы коэффициент полезного действия теплового двигателя h = 1-Q2/Q1 был равен единице (h  = 1), должно быть выполнено условие Q2 = 0, т. е. тепловой двигатель должен иметь один источник теплоты, а это невозможно. Так, французский физик и инженер Н. Л. С. Карно (1796—1832) показал, что для работы теплового двигателя необходимо не менее двух источников теплоты с различными температурами.

Этот результат положен в  основу одной из формулировок второго  начала термодинамики по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение  теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу.

Из формулировки второго начала термодинамики по Кельвину следует, что вечный двигатель второго  рода – периодически действующий  двигатель, совершающий работу за счет охлаждения одного источника теплоты,—  невозможен. Будь он возможен, был бы практически вечным. Охлаждение, например, воды океанов на 1° дало бы огромную энергию. Масса воды в мировом океане составляет примерно 1018 т, при охлаждении которой на 1° выделилось бы примерно 1024 Дж теплоты, что эквивалентно полному сжиганию 1014 т угля. Железнодорожный состав, нагруженный этим количеством угля, растянулся бы на расстояние 1010 км, что приблизительно совпадает с разменами Солнечной системы!

Процесс, обратный происходящему в  тепловом двигателе, используется в холодильной машине, принцип действия которой представлен на рисунке выше. Системой за цикл от термостата с более низкой температурой Т2 отнимается количество теплоты Q2 и отдается термостату с более высокой температурой Т1количество теплоты Q1. Для кругового процесса, согласно 1), Q = А, но, по условию, Q = Q2 — Q1 <0, поэтому А < 0 и Q2 — Q1 = – А, или Q1, = = Q2-+ A, т.е. количество теплоты Q1, отданное системой источнику теплоты при более высокой температуре Т1, больше количества теплоты Q2, полученного от источника теплоты при более низкой температуре Т2 , на величину работы, совершенной над системой. Следовательно, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому.

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т1) и холодильников (Т2), наибольшим к. п. д. обладают обратимые машины; при этом к. п. д. обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (Т1) и холодильников (Т2), равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела (тела, совершающего круговой процесс и обменивающегося энергией с другими телами).

Карно теоретически проанализировал  обратимый наиболее экономичный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, и называемый циклом Карно. Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Базаров И.П. термодинамика: учеб. для. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1991. - 376 с.: ил.
2. Гершензон Е.М. и др. Г37 Молекулярная физика: учеб. пособие для студ. Высш. Пед. Учеб. заведений /Е.М. Гершензон, И.Н. Малов, А.М. Мансуров. - М.: Издательский центр "Академия", 2000. - 272 с.
3. Куклев Ю.И. к.89. Физическая экология: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 2001. - 357 с.: ил.
4. Тимофеева Т.И. Курс физики. - Москва, "Высшая школа", 1990