Учебник по Физике.
Оглавление учебника
Второй закон термодинамики. Тепловые машины.
Структура тепловых машин. Простейшее устройство, способное превращать теплоту в работу, может быть реализовано в циклическом процессе в идеальном газе. В этом случае DU = 0 и полная работа, совершенная системой за цикл, равна количеству теплоты, поступившему в систему: A = Q. Таким образом, в замкнутом цикле осуществляется превращение количества теплоты в работу.Тепловой машиной называется устройство, способное многократно совершать работу за счет поглощения количества теплоты от внешнего источника, т.е. многократно превращать количество теплоты в работу.
Рассмотрим схему тепловой машины. Количество теплоты Qнагр поступает в рабочий объем из резервуара, имеющего температуру Oнагр. В результате циклического процесса, происходящего с рабочим телом, часть количества теплоты превращается в работу А=Qнагр-|Qхолод|, а другая часть Qхолод передается холодильнику, находящемуся при температуре Oхолод.
Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины.
(7.1)Холодильные машины. Холодильная машина - циклическая тепловая машина, предназначенная для отъема количества теплоты и понижения температуры рабочего объема. Это происходит за счет работы, совершаемой внешним источником над рабочим телом.
Характеристикой эффективности холодильника является параметр Qхолод/|А|, представляющий отношение количества теплоты, извлеченной из рабочей камеры, к затраченной на этот процесс работе.
Второй закон (второе начало) термодинамики. При анализе работы тепловых машин возникает естественный вопрос: существует ли теоретический предел увеличения эффективности работы тепловых машин?
Если да, то какими законами этот предел регулируется?
Как следует из выражения для КПД тепловой машины, максимум этого выражения достигается при |Qхолод| = 0. Словами это означает, что все поступившее в систему количество теплоты переходит в работу, а рабочее тело после каждого цикла возвращается в исходное состояние. Аналогично параметр эффективности холодильной машины стремится формально к бесконечности, если |А| (r) 0. Это означает, что количество теплоты, перешедшей в окружающую среду, равно количеству теплоты, извлеченной из рабочего тела холодильника, но при этом никаких других изменений в окружающей среде не произошло.
Многочисленные попытки сконструировать тепловые машины с КПД, приближающимся к 100%, оказались безуспешными, хотя на первый взгляд они не противоречили известным законам, в том числе первому закону термодинамики (закону сохранения энергии). К середине XIX в. отрицательный результат был сформулирован в виде второго закона термодинамики.
Второй закон термодинамики (формулировка У. Кельвина и М. Планка): Не существует циклического процесса, который извлекает количество теплоты из резервуара при определенной температуре и полностью превращает эту теплоту в работу.
Второй закон термодинамики (формулировка Р. Клаузиуса): Не существует процесса, единственным результатом которого является передача количества теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.
