Политропный процесс, его частные случаи: изобарный, изотермический, адиабатный, изохорный

Термодинамическим процессом называ­ет­ся совокупность последовательных состояний термодинамической системы, сопровождающаяся изменением всех или части параметров состо­яния.

Равновесным называется такой процесс, который протекает бесконечно медленно при отсутствии разности давлений и температур между термодинамической системой и окружающей средой.

Обратимым называется равновесный процесс, протекающий в прямом и обратном направлениях через ряд одинаковых состояний и возвращающий термодина­мичес­кую систему и окружающую среду в исходное состояние.

 

.

 

Условия полной обратимости:

· механическое равновесие;

· тепловое равновесие;

· отсутствие диссипации (трения).

Политропным называется равновесный обратимый процесс, удовлетворяющий условиям:

1. рабочее тело – идеальный газ;

2. j - я часть подводимой теплоты расходуется на изменение внутренней энергии (), оставшаяся часть теплоты расходуется на совершение работы ();

3. теплоемкость политропного процесса ;

 

. (1)

 

дифференцируем:

 

(16)

 

 

, (2)

 

- показатель политропы (3)

 

 

- уравнение политропы. (4)

 

 

 

, - показатель адиабаты. (5)

 

Теплота в политропном процессе

при n = g - процесс адиабатный

Работа в политропном процессе

Частные случаи политропного процесса

1. - изобарный процесс.

Рис. 2

при i = 5 j = 0,71,

т.е. в изобарном процессе для двухатомного газа 71% подводимого тепла идет на нагрев газа и 29% - на работу расширения.

2. - изотермический процесс.

Это процесс бесконечно медленный.

,

,

Т.е. ни при каких конечных значения теплоемкости температура тела изменена быть не может.

3. - адиабатный процесс.

Это процесс бесконечно быстрый.

, ,

В адиабатном процессе работа расширения совершается за счет уменьшения внутренней энергии.

4. - изохорный процесс.

, ,

В изохорном процессе все подводимое тепло идет на увеличение внутренней энергии, т.е. на нагрев газа.

.

Второй закон термодинамики. Энтропия. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно

Циклом называется круговой процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное положение.

Прямой цикл

- КПД двигателя

 

Обратный цикл

- холодильныйкоэф-нт

- отопительныйкоэф-нт

 

Цикл Карно – это цикл идеального двигателя, в котором тепло подводится и отводится в изотермических условиях при температурах нагревателя Т ₁ и холодильника Т ₂, переход от Т ₁ к Т ₂ и обратно осуществляется в адиабатных условиях.

А _ц = А ₁₂ + А ₂₃ + А ₃₄ + А ₄₁(1)

, (2)

, (3)

,(4)

. (5)

 

. (6)

(7)

Теоремы Карно:

Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей при данных значениях температур нагревателя и холодильника, не может быть больше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно при тех же значениях температур нагревателя и холодильника.

Коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по циклу Карно, не зависит от рода рабочего тела, а зависит только от температур нагревателя и холодильника.

Зависимость КПД цикла Карно от температуры нагревателя (t ₂ = 0 ^oC)

t 1, oC
h t, %

 

; , (8)

 

теорема Карно послужила основанием для установления термоди­нами­чес­кой шкалы температур, такая термодинамическая шкала не связана со свойствами какого-то определенного термометрического тела.