Порядок просто превратить в хаос, упорядочить же хаос гораздо труднее
Все виды энергии легко и полностью превращаются в тепловую (лучший пример – трение!!!). Тепловая энергия всегда не полностью превращается в другие виды энергии.
Термодинамикой установлено, что для непрерывного получения механической энергии из тепловой энергии необходимо иметь три основных элемента:
резервуар тепла с более высокой температурой;
резервуар тепла с более низкой температурой;
рабочее тело, непрерывно совмещающее круговой процесс или цикл, с помощью которого тепловая энергия превращается в механическую.
Практически свойства рабочего тела только существенно влияют на КПД цикла, а сам тип рабочего тела не влияет на экономичность процесса преобразования энергии, т.п. рабочее тело возвращается в свое исходное состояние.
Наибольшее применение, в качестве рабочего тела, получили продукты сгорания топлива, в двигателях внутреннего сгорания (автомобиль, теплоход, самолет, ракета и др.) и водяной пар в энергетически тепловых установках. Реже используются углекислота и гелий (на АЭС), фреон и аммиак (в холодильниках). Однако главным производителем механической энергии является не рабочее тело, а источник тепла.
Из второго закона термодинамики следует:
источники тепла всегда должны иметь различную температуру:
один из них – более высокую (горячий источник);
второй – более низкую (холодный источник).
В каждом цикле от горячего источника передается рабочему телу определенное количество тепла, а от рабочего тела переходит к холодному, но количество тепла будет всегда меньше.
Так как, рабочее тело после завершения цикла возвращается в исходное состояние, то произведенная за один цикл механическая энергия обязательно должна быть равна разности двух количеств тепла: полученного от горячего источника и переданная холодному мину потери.
Для повышения тепла температура горячего источника должна быть как можно выше, а холодного – как можно ниже.
В качестве холодного
источника всегда выступает окружающая
среда – воздух и вода. В качестве горячего
источника может выступать энергия
Солнца или тепло глубинных слоев Земли,
но в большинстве случаев – это
искусственные, создаваемые человеком
источники тепла: в результате сжигания
органического
топлива или
как следствие проведения экзотермической
(с выделением тепла) управляемой
ядерной
реакции в атомном реакторе.
В первом случае температура может быть
достигнута
,
во втором – неограниченно высокая.
Теоретически для повышения кпд процесса желательно увеличить начальную температуру. Однако она имеет свой предел из–за свойств реальных материалов и их цены
Так в теплосиловых
установках начальная температура
водяного
пара во всех странах в настоящее время
принимается
.
Дальнейшее повышение температуры резко
увеличивает стоимость.
Пример:
Температура источника тепла 400К (
)
– геотермальный источник.Температура холодного источника 300К (
).
Тогда на 1Дж тепловой энергии можно получить не более 0,25Дж механической энергии.
Если температура
горячего источника 1000К
(
),
а
температура
холодного источника 300К
(
),
то на 1Дж
тепловой
имеем 0,7Дж
механической энергии.
ЛЕКЦИЯ №1
Устройство, принцип действия паро–газовых энергетических
объектов и их характеристика
Тепловые электростанции (ТЭС)
На рис.1 представлена схема устройства ТЭС.
Рисунок 1 Схема устройства ТЭС
1 – пароперегреватель; 2 – паровая турбина; 3 – генератор электрической энергии; 4 – насос; 5 – топка котла; 6 – котел; 7 – конденсатор.
Органическое топливо (уголь, сланцы, газ, мазут) подается в топку котла 5 и там сжигается. Вода в котел 6 подается насосом 4. Там она нагревается и испаряется, образуется насыщенный пар (насыщенный пар имеет температуру насыщения, величина которой зависит от давления: чем больше давление, тем выше температура насыщения). В пароперегревателе 1 температура пара повышается до требуемой величины. Далее пар поступает в паровую турбину 2, в которой тепловая энергия превращается в механическую энергию. В электрическом генераторе 3, ротор которого приводится во вращение турбиной, механическая энергия превращается в электрическую энергию. Выходящий из турбины пар поступает на конденсатор 7, по трубкам которого пропускается охлажденная вода, температура которой равна температуре окружающего воздуха. Вода из конденсатора подается в котел. Цикл замыкается.
Характеристики ТЭС