Egy termodinamikai gép entrópiája, amely visszafordíthatatlan ciklusot eredményez
Tegyük fel az egyszerűség kedvéért, hogy a visszafordíthatatlanságát a ciklus annak a ténynek köszönhető, hogy a hőcsere a munkaközeg és a hőforrás (figyelembe hűtőszekrényben is „forrás” egyetlen negatív hőmérséklet) történik véges hőmérséklet-különbség, azaz fűtőtestet, hőt hűtve # 8710; T. és a hűtőszekrény felmelegszik # 916; T.
Bármely folyamat, amely nem felel meg a feltétel reverzibilitási hívjuk visszafordíthatatlan folyamat. Egy példa a visszafordíthatatlan folyamat egy olyan folyamat, a fékezési test az intézkedés alapján a súrlódási erők. A test sebessége csökken és megáll. Az energia a mechanikai mozgás a test fogyasztják, hogy növeljék az energia a véletlenszerű mozgás részecskék a test és a környezet. Az energia eloszlása. A mozgás folytatásához a test és a környezet hűtésére szolgáló kompenzáló folyamat szükséges. A mi esetünkben a termikus gépek, a fűtőberendezés és a hűtőszekrény nem ideálisak, nem rendelkeznek végtelen hőkapacitással, és a munkafolyamatban további hőmérsékletet # 916; T.
Az 5.6. Ábra egy ilyen visszafordíthatatlan ciklust mutat.
Amint az az ábrán látható, az ABCD ábrán belüli terület csökkent a veszteségek miatt, ami azt jelenti, hogy a ciklus hasznos hatása és hatékonysága csökkent.
Fordított Carnot ciklus esetén
Visszafordíthatatlan ciklus
Így a súrlódásnak és az elkerülhetetlen hőveszteségeknek köszönhetően bármely valós hőmotor hatékonysága sokkal kisebb, mint a Carnot ciklus hatékonysága. Ie mindig - ez a következtetés érvényes a ciklikus folyamat visszafordíthatatlanságának okaitól függetlenül.
A hűtőgép olyan gép, amely a fordított Carnot cikluson működik (5.4. Ábra). Vagyis, ha az ellenkező irányban húzod, akkor a hőt a hűtőszekrényből kell venni és a fűtőelemre (a külső erők működése miatt) át kell venni.
Az inverz Carnot ciklus tekinthető az 1. ábrán látható példában. 5.5. A BA izotermikus tömörítéséhez. a T1 hő Q1 mennyiségét a gázból veszik el. A D-C izotermikus terjeszkedése során a Q2 hőmennyiséget a gázra visszük fel.
Ebben a ciklusban. és a gázon végrehajtott munka negatív, azaz
Ha az üzemeltető szervezet látja fordított ciklus, amikor ez lehetséges, hogy át energiát hő formájában egy hideg meleg test miatt a külső működés elkötelezett erők.
A Carnot ciklusban működő hűtőszekrényekhez
Additivitás (lat additivus -. Hozzáadva) - értékek egy ingatlan álló az a tény, hogy a megfelelő értékek az egész tárgy, egyenlő a magnitúdója értékek megfelelő részei, egy bizonyos osztály lehetséges válaszfalak a tárgy darabokra. Például a térfogat additivitása azt jelenti, hogy az egész test térfogata megegyezik alkotó részei térfogatának összegével.
A termodinamika második törvénye
Az energia megőrzésének törvénye azt állítja, hogy az energia mennyisége minden folyamatban változatlan marad. De nem mond semmit arról, hogy milyen energiaátalakítások lehetségesek. Az energia megőrzése nem tiltja, a gyakorlatban nem előforduló folyamatok: - a melegebb test melegítése hidegebb; - az inga spontán lengése a nyugalmi állapotból; - homok kőzetben történő felszedése stb. A természetben zajló folyamatoknak van egy bizonyos iránya. Az ellenkező irányú spontán módon nem tudnak folyni, a természet minden folyamata visszafordíthatatlan (öregedés és a szervezet halála). A visszafordíthatatlan folyamatot folyamatnak nevezhetjük, amelynek fordítottja csak egy összetettebb folyamat egyikének tekinthető. Spontán hívott folyamatok, amelyek a külső testek hatása nélkül következnek be, és ezért változások nélkül ezek a testek). Folyamatai átmenet az egyik állapotból a másikba, ami lehet elvégezni keresztül fordított irányban azonos szekvenciája közbenső egyensúlyi állapot, a reverzibilis. Ebben az esetben maga a rendszer és a környező testek teljesen visszatérnek eredeti állapotukhoz. A termodinamika második része jelzi a lehetséges energiaátalakítások irányát, és ezáltal fejezi ki a folyamatok visszafordíthatatlanságát a természetben. Ezt a kísérleti tények közvetlen feltárásával hozták létre. Clausius megfogalmazása: lehetetlen a hideg rendszerről melegre fordítani egy melegebbé, ha nincsenek egyidejű változások sem a rendszerekben, sem a környező testekben. D készítmény Kelvin: lehetetlen elvégezni ilyen szakaszos eljárásban csak az eredmény az lenne, hogy megkapjuk a munkát a hő hatására tett ugyanabból a forrásból. Lehetetlen, hogy a második fajta termikus örök mozgatógép legyen; Olyan motor, amely mechanikus munkát végez egyetlen hűtéssel. A folyamatok visszafordíthatatlanságának magyarázata statisztikai (valószínűségi) értelmezést tartalmaz. A tisztán mechanikus folyamatok (súrlódás nélkül) reverzibilisek, azaz invariáns (nem változik), amikor a t → -t kicserélik. Az egyes molekulák mozgásának egyenletei is változatlanok az időátalakítás szempontjából, mivel Csak a távolságtól függő erők találhatók. Ezért a folyamatok visszafordíthatatlanságának oka, hogy a makroszkopikus testek nagyon nagy részecskéket tartalmaznak. A makroszkopikus állapotot több termodinamikai paraméter (nyomás, térfogat, hőmérséklet stb.) Jellemzi. A mikroszkopikus állapotot a rendszer alkotó részecskék koordinátáit és sebességét (impulzusokat) határozzák meg. Egy makroszkópos állapot nagyszámú mikroállomáson valósítható meg. Jelölje: N a rendszer összes állapotának száma, N1 az az adott állapotot megvalósító mikroállapotok száma, w az adott állapot valószínűsége. Aztán. . Minél több N1. annál nagyobb a valószínűsége ennek a makrosztatának, azaz. annál hosszabb ideig a rendszer ebben az állapotban lesz. A rendszer fejlődése a valószínűtlenségtől a valószínűbb állapotokig terjed. mert a mechanikai mozgás rendezett mozgás, és a termikus mozgás kaotikus, majd a mechanikai energia áthalad a hőenergiára. Amikor a hőcserélő állapotban, amelyben az egyik test egy magasabb hőmérsékleten (a molekulák magasabb átlagos kinetikus energia), kevésbé valószínű, mint olyan állapot, amelyben az egyenlő hőmérsékletet. Ezért a hőcsere folyamata a hőmérsékletkiegyenlítés irányában történik. Az entrópia a betegség mértéke. S az entrópia. A Boltzmann-egyenlet: ahol k a Boltzmann konstans. Ez az egyenlet feltárja a termodinamika törvényeinek statisztikai értelmét. Az entrópia minden visszafordíthatatlan folyamatban nő. Ebből a szempontból az élet állandó küzdelem az entrópia csökkentésében. Az entrópia az információhoz kapcsolódik, mert információ vezet megrendelésre (sokat fogsz tudni - hamarosan öregszel).
Az entrópia a rendszer állapotának függvénye. A termodinamikában a reláció által meghatározott mennyiség:. ahol S az entrópia. Ie az entrópia változása megegyezik a folyamatban átadott hőmennyiséggel, a hőmérséklethez, amelyen ez a folyamat megtörtént. Ebben az értelemben az adiabatikus folyamat egy izentrop folyamat. A termodinamika első törvényéből: - a termodinamika alapegyenletéből. Carnot tétele szerint :. Ezért: vagy
К П Д a termikus gép.
A hatékonysági tényező (EFFICIENCY) a rendszer (eszköz, gép) hatékonyságának egyik jellemzője az energia átalakulása vagy továbbítása szempontjából. Ezt a hasznos energia felhasználási arányának aránya határozza meg a rendszer által elnyert energia összmennyiségéhez viszonyítva; általában # 951; ("Ez") [1]. A hatékonyság dimenzió nélküli mennyiség, és gyakran százalékban mérve.
A francia mérnök Sadi Carnot olyan ideális ciklust javasolt, amely maximális hatékonyságot biztosít. . Ez a ciklus két izotermát és két adiabátot tartalmaz, és ezt Carnot ciklusnak nevezik.
- izotermikus terjeszkedés. adiabatikus terjeszkedés. izotermikus tömörítés. izotermikus tömörítés.
Számítsd ki a Carnot ciklus hatékonyságát egy ideális gáz számára! Izotermikus folyamatban az ideális gáz belső energiája állandó marad. Ezért a gáz által kapott hő mennyisége megegyezik a munkával. a gáz az 1-es állapotból a 2. állapotba történő átmenet során (2. Ez a munka
hol van az ideális gáz tömege egy hõmotorban?
A hűtőszekrényhez adott hő mennyisége megegyezik a munkával. a 3-as állapotról a 4. állapotra való áttéréskor gáztömörítésre fordított. Ez a munka egyenlő
Annak érdekében, hogy a ciklus le legyen zárva, az 1. és 4. állapotnak ugyanazon adiabáton kell lennie. Ez feltételezi a feltételt
Hasonlóképpen a 2. és 3. állapot esetében a feltétel
Ha egy kapcsolatot egy másikra osztunk fel, akkor a zárt ciklus állapotába érünk
Most pedig a hatékonyság kifejezésére cseréljük
Ennek eredményeképpen a Carnot ciklus hatékonyságára vonatkozó képletet kapunk:
ahol - a fűtés hőmérséklete, - a hűtőszekrény hőmérséklete. A Carnot ciklus hatékonysága az összes lehetséges ciklus hatékonyságának maximális hatékonysága ezen hőmérsékleti tartományokban és.
Visszatérünk a (2) relációhoz, amely reverzibilis Carnot ciklus esetén érvényes. Általánosságban, a visszafordíthatatlan Carnot-ciklus lehetőségét figyelembe véve, ez az összefüggés a következőképpen alakul:
A következőket (3) átalakítjuk:
Ennek eredményeképpen kapunk
Reverzibilis Carnot ciklus esetén :,
a visszafordíthatatlan Carnot ciklusban :.
Tetszőleges reverzibilis ciklus esetén:
önkényes visszafordíthatatlan ciklus esetén: