Загальні термодинамічні властивості кругових термодинамічних процесів або циклів

§1 Класифікація і загальна характеристика термодинамічних циклів (стор. 230-242)

Сукупність термодинамічних процесів, під час протікання яких робоче тіло розши-рюється, а потім стискується і повертається в початковий стан, називається круговим термодинамічним процесом, або циклом.

Цикли бувають:

• прямі;

• зворотні;

• оборотні;

• необоротні.

Прямим називають цикл, у якому робо-че тіло виконує роботу. Характерною особ-ливістю такого циклу є те, що лінія розши-рення 1-а-2 лежить вище лінії стиснення 2-б-1. І тоді площа 1-а-2-б-1 у деякому масш-табі являє собою роботу цього циклу . За такими циклами працюють всі теплові двигуни. Зворотним називається цикл, на здійснення якого витрачається робота. Ха-рактерною особливістю такого циклу є те, що лінія розширення 1-а-2 є нижче лінії стиснення 2-б-1. Площа (1-а-2-б-1) є та ро-бота , яка витрачається на здійснення цього циклу. За зворотними циклами пра-цюють холодильні установки і теплові на-соси. Оборотний цикл складається лише з оборотних процесів. Необоротним називає-ться цикл, у якому хоча б один із процесів є необоротний.

За першим законом термодинаміки:

; ; ; .

§2 Прямий оборотний цикл Карно (1824р.)(стор. 242-246)

Циклом Карно називають цикл, який складається з двох ізотермічних і двох адіа-батних процесів. Розглянемо його у pv-коо-рдинатах.

Для того, щоб виконувати роботу, систе-ма повинна складатись із трьох тіл: гарячо-го джерела Т₁, робочого тіла і холодного джерела Т₂.

У точці 1 робоче тіло підключається до гарячого джерела і в процесі підведення теплоти робоче тіло ізотермічно розширює-ться, і до нього підводиться одиниць теп-лоти. 1-2 – ізотермічний процес розширен-ня тіла. У точці 2 робоче тіло відключаєть-ся від гарячого джерела і продовжує роз-ширюватись в адіабатному процесі 2-3. У точці 3 тіло підключається до холодного джерела і стискується ізотермічно в процесі 3-4, під час якого робоче тіло віддає джере-лу одиниць теплоти. У точці 4 робоче ті-ло відключається від холодного джерела і стискується адіабатно в процесі 4-1.

Ефективність циклу характеризується термічним коефіцієнтом корисної дії (ККД), який позначається літерою і являє собою відношення теплоти, яка перетворена у роботу в циклі до теплоти, яка підведена до робочого тіла в цьому циклі, :

.

Розглянемо цикл Карно у Ts-діаграмі.

Користуючись Ts-діаграмою, знайдемо значення і . Відомо, що у Ts-діаграмі площа під кривою процесу є в деякому мас-штабі теплота цього процесу.

;

(1)

З рівняння (1) випливають такі виснов-ки:

1. Для того, щоб виконувалася робо-та, треба мати різницю темпера-тур ( ), бо якщо , тоді .

2. Термічний ККД циклу Карно зав-жди менше одиниці, так як він мо-же дорівнювати 1 за умови або Т_1=∞, але ні те, ні інше недосяжне: .

3. Термічний ККД циклу Карно не залежить від природи робочого ті-ла, а залежить тільки від початко-вої і кінцевої температур. Чим нижче і чим вище , тим більше ККД.

Прямий оборотний цикл Карно є ідеа-льним циклом теплових двигунів.