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

- 89 -

Кроме того, при расширении системы с КОНЕЧНОЙ СКО­ РОСТЬЮ появится ТРЕНИЕ между газом и стенками цилиндра. В результате работа расширения с трением будет меньше, чем работа,совершаемая при равновесном расширении без трения и потерь, связанных с созданием внешней кинетической энер­ гии системы. В связи с неравновесным процессом, работа

выразится площадью 1—2—3—4—5—6—1, а работа ореды (внешняя работа), находившейся на всем процессе расширения под по­ стоянным давлением - р*, выразится уже меньшей площадью прямоугольника 3-4-5-6-3. Разница между двумя площадями

в системе р-o' равняется площади I-2 -3 -6 -I, и выражает собой вышеназванные потери, в овязи с конечной скоростью' расширения системы.

Еоли теперь провести процесс сжатия с целью возврата системы в начальное состояние, то затрата работы на сжатие будет больше, чем в равновесном процессе сжатия, проходящем без трения, и уже по одной этой причине процесс необратим.

Для возврата системы из точки 2 в точку I необходимо привлечь дополнительную энергию из окружающей среды. Ес­ тественно, что тогда в самой среде, т .е . в окружающем ми­

ре, вследствие проведенного отнятия части энергии, должны

произойти какие-то изменения (например^ уменьшение давления

или внутренней энергии и т .д .) .

Следовательно, неравновесное расширение (или сжатие)

приводит к необратимому процессу. Этот процесс на рис.20

показан пунктирной линией 1-2.

90

Величина дополнительного внешнего воздействия, необхо­ димого для возвращения системы и среды в начальное состояние, может служить мерой необратимости неравновесных процессов.

При необратимых процессах работа системы (газа) опреде- 0-,

ляется по уравнению

где р* - давление внешней среды .При расширении газа всегда

же процессы диффузии, способные протекать только в одном на­ правлении - в сторону смешения газов, но не их разделения. Радиоактивный распад атомов тоже необратимый процесс,посколь­ ку из образующихся новых ядер атомов сам собой не получится первоначальный радиоактивный атом.

К необратимому процессу относятся и химические реакции, например, процесс горения), так как невозможно, чтобы после

еокончания в прежних условиях из образовавшихся новых веществ сами собой образовались бы исходные вещества. Рассматривая

примеры приведенных необратишх процессов,протекающих в при­

понятие необратимости значительно ШИРЕ понятия односторонности. Можно представить себе, что тем или иным способом можно вернуть тела, участвующие в процессе, в начальное состояние,

92

Так, например, степень совершенства тепловых двигате­ лей оценивается несколькими к.п .д . с различными названия­ ми, каждый из которых учитывает конкретные потери при превращении тепла в работу.

При рассмотрении этих к.п .д. очень важно понять тот факт, что каждый из них оценивает потерю, связанную с

реальными необратимыми процессами, проходящими в тепловых

носительный внутренний к .п .д ., например, в паровых турби­ нах, учитывает необратимость, вызванную ТРЕНИЕМ при тече­ нии водяного пара в рабочих органах турбины - рабочих и направляющих лопатках и т.п.

2-17. Круговой процесс - цикл

Превращение теплоты в работу связано с изменением па­ раметров рабочего тела. Процесс, в котором параметры рабо­ чего тела меняются все время в одном направлении (например

уменьшение температуры, давления и др.) не может служить для постоянного превращения теплоты в работу; такое прев­ ращение возможно при осуществлении круговых процессов.

Круговым процессом - циклом называетоя процесс, при

котором рабочее тело, проходя ряд последовательных состоя­ ний, возвращается к начальному состоянию. Графическое изоб­ ражение цикла на диаграмме ри" (рис.2Іа) представляет собой замкнутый контур, в котором процесс расширения І-а-2

93

начинается в точке I и процесс сжатия 2-6-1 заканчивается в той же точке I .

обратный циклы,.

Если рабочее тело из начального состояния (точка I ) пе­ реходит через точку а в конечное состояние (точка 2 ), то при

этом полученная работа будет намерятся площадью і-а -2 -3 * 4 -І. Если рабочее тело из конечного состояния (точка 2) будет

возвращено в начальное состояние (точка і ) по тому же самому пути по которому оно пришло в точку 2, то затраченная на это

работа также будет измерялся площадью І-а-2 -3 -4 -І и в резуль­ тате такой совокупности процессов работа будет равна нулю. Следовательно,рабочее тело нужно возвратить из конечного

В результате совершения такого цикла будет получена работа, равная разности работ расширения и сжатия и определяется площадью I-a-2 -б -І.

- 94 ■

Полученная работа называется полезной, она передается

от теплового двигателя различным машинам для ее использова­

ния (электрогенератор, насос, компрессор и др). Циклы, в которых линия расширения располагается выше линии сжатия,

называются ПРЯМЫМИ. Они применяются в тепловых двигателях. Циклы, в которых линия расширения 1-6-2 лежит ниже линии сжатия 2-а-І (рис. 2Т6), называются ОБРАТНЫМИ - это циклы холодильных установок. Прямой цикл возможен в том случае,

и_ _Q«-Cb

^ = Q,

При определении работы существенное значение имеет нап­ равление перемещения по диаграмме. Перемещение по диаграмме вправо означает расширение системы, и следовательно, работа является положительной (т .е . связана с увеличением объема).

При обратном перемещении работа имеет отрицательный знак. . При наличии в Цикле хотя бы одного необратимого процесса, в целом цикл становится необратимым.

- 35 -

2-18. Э Н Т А Л Ь П И Я

В термодинамических расчетах весьма часто применяется величина

Рис.22.Схема расширенной т е р м о д и н а м и ­

ч е с к о й с и с т е м ы -

В целом систему - газ плюс нагруженный поршень, пред­ ставляющий внешнюю среду, - назовем расширенной. Для урав­ новешивания давления газа р поршень нагружается некоторі;'-* грузом сf - р I . Поршень с грузом обладает потенниал-пг -

энергией