Страница: 5/7
Таким образом КПД двигателя Карно можно записать в виде:
|
h=1-½QL½/½QH½=1- TL/TH |
(8) |
Карно сформулировал следующую теорему (являющуюся ещё одной формулировкой второго начала термодинамики):
Все обратимые двигатели, работающие между двумя термостатами, имеют один и тот же КПД; ни один необратимый двигатель, работающий междц теми же термостатами, не может иметь более высокого КПД.
Эта теорема определяет максиммально возможный КПД для любого необратимого (реального) двигателя.
Рассмотрим идеальный цикл используемый в двигателях внутреннего сгорания, так называемый цикл Отто (рис. 9).
В этом цикле сжатие и расширение смеси происходит адиабатически, а нагревание и охлаждение осуществляется при постоянном объеме. На рисунке 9 дана диаграмма идеального цикла быстрого сгорания: 1-2 – адиабата сжатия, 2-3 -нагревание смеси при V=const (сгорание смеси), 3-4 адиабата расширения, 4-1 – охлаждение смеси при V=const (выхлоп).
КПД идеального двигателя построенного на основе цикла Отто рассчитывается аналогично. Однако, в реальных двигателях КПД всегда несколько ниже, чем КПД идеального двигателя. Этому способствуют 5 основных причин:
1. В действительном цикле рабочее тело из меняет свой химический состав в течение процесса сгорания.
2. Процессы сжатия и расширения не идут адиабатически, а протекают, сопровождаясь теплообменом со стенками цилиндра. Явление теплообмена со стенками цилиндра имеет место также и в процессе сгорания.
3. Процесс сгорания не происходит при постоянном объеме, а начинается в точке 2’ (рис. 10) и кончается после точки 3. В процессе сгорания тепло получается не извне, а за счет изменения химического состава рабочего тела. Химическая реакция сгорания не успевает закончиться полностью на линии сгорания (2-3), а продолжается в течение процесса расширения вплоть до момента выхлопа.
4. 
Процесс охлаждения рабочего тела в действительности заменяется выхлопом и выталкиванием отработанных газов и последующим засасыванием рабочей смеси (линия 4’-4-5-1).
5. Процесс всасывания заканчивается позднее точки 1 (в точке 1’) так, что от точки 4’ до 1’ в цилиндре находится не постоянное количество рабочего тела.
КПД тепловых двигателей и второе начало термодинамики.
КПД тепловой машины определяется следующей формулой:
|
h=W/½QH½ |
(5) |
, где W - полезная работа совершенная этой машиной, QH - теплота сообщенная этой машине (Q взято под знак модуля, в связи с тем, что тепловой поток может иметь разное направление).
По закону сохранения энергии получаем соотношение:
½QH½=W+½QL½
, где ½QL½ - количество теплоты отводимой при низкой температуре.
Таким образом, W=½QH½-½QL½, и КПД двигателя можно записать в виде:
Из этого соотношения видно, что чем больше будет КПД двигателя, тем меньше будет теплота½QL½. Однако опыт показал, что величину ½QL½ невозможно уменьшить до нуля. Если бы это было осуществимо, то мы получили бы двигатель с КПД 100%. То, что такой идеальный двигатель, непрерывно совершающий рабочие циклы, невозможен, составляет содержание ещё одной формулировки второго начала термодинамики:
Невозможен такой процесс, единственным результатом, которого было бы преобразование отобранной у источника теплоты Q, при неизменной температуре, полностью в работу W, так, что W=Q.
Эта утверждение известно как формулировка второго начала термодинамики Кельвина-Планка.
Существует также аналогичное утверждение относительно холодильника, высказанное Клаузисом:
Невозможно осуществить периодический процесс, единственным результатом, которого был бы отбор теплоты у одной системы при данной температуре и передача в точности такого же количества теплоты другой системе при более высокой температуре.
Реферат опубликован: 29/11/2009