Файл: Лукьянов Н.Н. Основные понятия технической термодинамики учеб. пособие.pdf

- 80 -

Уравнение (43) для процесса подвода тепла к рабочему телу при постоянном объеме перепишется:

?

а для процесса подвода тепла е рабочему телу при постоян­ ном давлении -

і,

Приведенные формулы (3 5 ) . (4 0 ), (4 2 ) показывают, что

формулы для расчета количества тепла математичеоии эаписы- , вавтся различно.

2 -1 4 . Неравновесные - настатические пронесен

В процессах изменения состояния тела, протекающих в

конечные промеиутки времени, при энѳргообмеае между систе­

мой и средой возникает нарушение термического или механи­

ческого равновесия, приводящее к совершению неравновеоного, неетатжческого процессе.

Неравновесные процессы ее допускают изображения в ви­

жуточные состояния. Иногда неравновесные процессы условно изображают ПУШТИШАШ ЛИНИЯМИ.

На рио, 14 процесс І - а - 2 - равновесный процесс расши­ рения. Процесс 2 -6 -1 - условный неравновесный процесс сжа­ тия.

- 81 -

j РисМЦ Нерабиобесный процесс.

2 -1 5 . Обратимые драдессы

Процессы, протекание которых возможно в прямом и об­ ратном направлениях, притом таким образом, что в обратном

процессе система проходит через те же промежуточные состоя­

ния, что и в прямом процессе, но лишь в обратной последо­ вательности, называются обратимыми. Равновесные процессы обладают важным свойством ОБРАТИМОСТИ.

Докажем, что равновесный процесс одновременно являет­

ся обратимым.

Пусть точка I на рис. 15 выражает термическое и меха­

ническое равновесие системы и окружающей среды, причем

давления в системе р и среды р' равны между собой, т .ѳ . р = р' .

р

V

Рис45. ^хт а обратимого

рроцеіесса.

Если процесс 1-2 будет обратимым, и система в нем последовательно проходит через состояния I , а, б, в, г,

д, 2, отражающие промежуточные внутренние равновесные

Линия расширения 1-2 и площадь под ней X-2-3-4-I выражает собой ОДНОВРЕМЕННО работу расширения системы (газа) и работу среды, определяемую для I кг газа вира- ' жег.тем:

- 83 -

v-

где p - давление в каждый отдельный момент процесса расширения, одинаковое для системы и среды.

В системе и среде по ходу выполнения прямого и обрат­

ного процесса все время происходили элементарные изменения

равновесных состояний, но в итоге сое .ршенных процессов

система и среда вернулись в начальное состояние без затра­ ты извне энергии и в окружающей среде не произошли никакие изменения.

Совершившийся обратный процесс сжатия 2-1, в данных

Обратимый процесс по необходимости является и квазистатическим (квазиравновесным) процессом.

Обратимые процессы являются процессами ИДЕАЛИЗИРОВАН­ НЫМИ, НЕРЕАЛЬНЫМИ, но введение в термодинамику этого поня­ тия является исключительно важным, вследствие наибольшей работы получаемой в рёзультате их проведения. Они являются эталонами для реальных процессов.

Рассмотрим некоторые примеры обратимых процессов, ха­ рактер которых определяется свойствами различных тѳрмрдинамяческях систем.

- 8 4 -

2-15-а. Изотермический обратимый процесс с л____________ одваи источником тедда______

Система

Рас.-іб, ШермоЗинамиоеская система с аЗним

acm e кником тепла,.

Дана термодинамическая система, состоящая из одного большого источника тепла постоянной температуры (среда), и газа в цилиндре под поршнем (система) (рис, 16).

При этом размеры источника (среды) предполагаются столь большими, что передача части тепла системе не долж­ на приводить к уменьшению его температуры» остающейся все время неизменной.

Можно квазистатически провести процесс расширения системы, в течение которого температура системы остается (т .е . Т =

-Const ) равной температуре среды. Такой процесс при по­ стоянной температуре называется ИЗОТЕРМИЧЕСКИМ.

Для того, чтобы тепло непрерывно поступало от среды к системе, необходимо, чтобы температура источника тепла-.- (среды) превышала температуру газа (системы) хотя бы на бесконечно малую величину. Однако эта величина должна быть

85 -

столь мала, чтобы она практически позволяла считать темпе­

2-I5-Ö. Адиабатический обратимый г.°юцесо без

_______________источников тепла____________

Система

Дана термодинамическая система, состоящая из одно­ го большого источника работы (среда), и газа в цилиндре под Еі ршнем (система) (см. рис.І7).

Обмен работой между системой и средой осуществляется при отсутствии подвода и отвода тепла к системе. Такой про­ цесс без подвода и отвода тепла называется ДДМБАТШЕСКШ процессом. Адиабатический процесс является процессом с од-, ной степенью свободы - механической.

2-15-в. Изобарический обратимый процесс с' многими.источниками тепла

Термодинамическая система состоит из весьма большого.

- 86 -

С и сте м а .

система, с

м н о ги м и ист очникам и тепла.,

числа (в пределе бесконечного числа) источников тепла (среда), температуры которых отличаются между собой на

зывается ИЗОБАРИЧЕСКИМ. Для непрерывно увеличивающейся

. температуры системы требуется подвод тепла к ней при бес­ конечно малой разности температур между средой и системой. Обратный процесс, - процесс сжатия, - может быть проведен обратимо, причем температура системы будет непрерывно уменьшаться на бесконечно малую величину, что позволит оис теме и среде вернуться в первоначальное исходное состояние

2-15-г. Изохорический обратимый процесс с многими источниками тепла___________

Термодинамическая система состоит из весьма большого числа источников "епда (среда) »отличающихся между Ьобой в

- 87 -

Рио.і9. Шершдина/лическаг система с

-многими, источниками тепла.

температурах на бесконечно малую величину, и газа с посто­ янным объемом (система) (рис. 19). Можно квазистатически провести процесс изменения состояния системы при неизмен­ ном объеме, т .е . при х>=const . Такой процесс при посто­ янном объеме называется И30Х0РИЧЕСКИМ. Условием его осуще­ ствления являются требования, аналогичные описанным в изобарическом процессе при неизменном объеме системы.

2-16. Необратимые процессы

Термодинамический процесс, который проходит ЧЕРЕЗ НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ, НАЗЫВАЕТСЯ НЕОБРАТИМ ПРОЦЕССОМ. Необратимые процессы или совершенно невозможно осущест­ вить в обратном направлении, или обратное направление воз­ можно лишь при затрате извне энергии, В результате протека­ ния необратимых процессов термодинамическая система не воз­ вращается в первоначальное состояние. Мерой необратимости

- 88 -

процесса служит величина дополнительного внешнего воздей­ ствия (например, работы), которое необходимо для того, что­ бы возвратить систему в начальное состояние. Покажем совер­ шение неравновесного процесса (рис. 20):