Текст книги "Вопросы теоретической термодинамики"

Карно. Анализ цикла поршня

Отметим, что инженер Сади Карно использовал в своей работе некорректные представления о теплорода, за счет которого передается тепло. В его время наука была на таком уровне.

Карно размышляет о теплоте, о том, что можно получить двигатель, за счет которого выполнять механическую работу и о широком внедрении ДВС в жизнь. В настоящее время эта стадия пройдена, уже внедряются электрические машины.

Карно ставил вопрос о зависимости движущей силы от используемой среды.

И отвечая на вопрос Карно начинает рассматривать получение работы из тепла в общем.

Карно вводит допущении о том, что конструкция ДВС не влияет на процесс получения механической работы из тепловой.

Карно делает вывод о о том, что движущая сила в машине возникает при получении теплового равновесия, переходе тепла от горячего элемента к элементу с меньшей температурой. По Карно для запуска процесса кроме наличия теплоты необходим холодильник, принимающий эту теплоту.

Карно указывает, что движение за счет теплоты реализуется при использовании теплоты для изменения формы или объема из-за разности температур.

Карно задается вопросом зависимости движущей силы от вещества, через которое передается тепло. Карно выбирает одинаковые условия: произвольные температуры и кол-во теплоты. Вопрос решает с применением введенных им мыслей.

Карно вводит 2 тела А и В и три операции возможной передачи теплоты между ними. Эти операции осуществимы в прямом и обратном направлении. Так возникает круговой цикл.

В самой работе Карно графиков круговой циклов ДВС или холодильных установок нет. Они разработаны после Карно в трудах последующих исследователей.

Карно поднимает проблему состоящую в том, что в случае получения большего кол-ва движущей силы от А к В, чем в цикле, то часть этого кол-ва можно вернуть на начало цикла и постоянно получать большее кол-во движущей силы. В результате получится, что движущая сила получается без затраты тепла и получается вечное движение, т.е. вечный двигатель. Карно указывает о невозможности такого. И делает вывод о том, что максимум работы не зависит от используемой среды для передачи теплоты.

Карно ставит уточняющий вопрос о понятии максимума работы (движущей силы). Карно дает ответ, заключающийся в том, что изменение температуры в телах, используемых для передачи тепла, должно непрерывно сопровождаться изменением объема, то есть выполнением механической работы. Переход теплоты при соприкосновении элементов машины без изменения объема снижает максимальную работу.

Максимум работы по Карно выполняется при выполнении сформулированного им условия.

После этого Карно сравнивает максимальную работу от теплоты с максимальной работой от напора падающей на лопасть воды. Существует максимум, который нельзя превзойти. Движущая сила тепла зависит от перепада температур и количества среды, используемой для передачи тепла.

Карно отмечает, что опытным путем получены результаты для упругих жидеостей, для газа ответа в опытах Карно не получено. Карно описывает цикл для поршня с воздухом. Затем делает вывод о том, что для другого газообразного вещества опыт будет аналогичным.

Карно делает окончательный вывод о том, что движущая сила (механическая работа) не зависит от среды для передачи тепла, а определяется перепадом температур тел, между которым переходи тепло. Отметим, выше, сравнивая, теплоту с падающей водой, Карно указал о количестве среды для переноса тепла. Противоречий здесь нет.

Затем Карно делает новый вывод о том, что в условиях перехода газа от одних V и p к другим V и p при t=const, количество теплоты постоянно и не зависит от химической формулы газа.

Ниже Карно снова делает умозаключение о том, что количество теплоты равно для упругой ждикости при переходе от одного объема к другому при постоянной температуре и газа при переходе между объемами, в которых по массе газ равен жидкости.

Затем Карно ищет соотношение между перепадом температур и количеством движущей силы.

Карно отвечает на поставленную проблему – максимальное количество движущей силы получается при перепаде температур при более низких значениях в градусах.

Карно сравнивает жидкие и твердые среды. Он указывает, что твердые тела при изменении температуры мало изменяют объем, поэтому по сравнению с жидкими телами плохо подходят в качестве рабочих теплоносителей ДВС и других тепловых машин.

Клазиус. Энтропия.

Клазиус анализирует проблему и понятие механической работы. После этого вводит понятие эргала и отмечает, что Ренкин использовал понятие потенциальной энергии, но эргал просто более краткое. После этого Клазиус устанавливает зависимость между работой и силой и затем переходит к рассмотрению энергии, записывает закон сохранения энергии.

Клазиус уже пишет об ошибочности понятия теплорода при передаче теплоты.

Клазиус формулирует первое начало термодинамики в виде возможности взаимного превращения теплоты в работу и теплота пропорциональна работе. Проблему пропорциональности Клазиус ввел из-за наличия разных физических величин в измерении количеств теплоты и работы.

Клазиус пишет, что в случае, если коэффициент пропорциональности установлен так, что по нему получается работа, соответствующая единице теплоты, то этот коэффициент является механическим эквивалентом теплоты. При противоположном случае получается термический коэффициент работы.

Клазиус записывает первое уравнение термодинамики:

Q – тепло; Н – теплота, содержащаяся в теле; L – работа.

C учетом деления работы на внешнюю и внутреннюю:

Клазиус отмечает о незнании величин внутренних сил, а о знании суммы их с теплотой тела, то есть

Функция U названа Клазиусом энергией тела и содержит внутреннюю теплоту и теплоту, затрачиваемую телом на внутреннюю работу.

На этом основании уравнение переписывается в виде:

Клазиус привел уравнения для циклических процессов:

и для обратимого кругового процесса:

Для поршня выведено уравнение:

__

После этого Клазиус формулирует второе начало термодинамики.

Клазиус рассматривает круговой процесс.

Клазиус описывает цикл, затем записывает результат кругового процесса.

Тепло Q₁ от более нагретого тела разделилось на тепло Q, преобразованное в работу и на тепло Q₂, перешедшее к более холодному телу:

При этом для обратного кругового процесса: тепло Q, преобразованное из работы, вместе с теплотой Q₂ более холодного тело переходит в тепло Q₁ более нагретого тела.

Клазиус приводит принцип, указанный в работе Карно: теплота не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему без дополнительных затрат энергии.

Клазиус приводит доказательство того, что количество преобразуемой теплоты на зависит от используемого вещества в цилиндре (в цикле). Этот вывод повторяет размышления в работе Карно. Клазиус записывает отношение, необходимое к выполнению:

Это отношение зависит от температурного перепада (но не от химического состава вещества, как указано выше).

Отношение между полученной и отданной теплотой:

Полученное отношение аналогично будет зависеть только от перепада температур.

После этого Клазиус ставит проблему найти функцию f(T₁,T₂). Для этого он анализирует круговой обратимый цикл, для которого записаны уравнения (V и v – объемы на рисунке цикла в работе Клазиуса):

Из рассмотрения поведения газов Клазиус выводит уравнения:

И теперь из совместного рассмотрения с уравнением отношения объемов:

Полученное ур

...

конец ознакомительного фрагмента