Циклы в термодинамике

1. Понятие термодинамических циклов
2. Второе начало термодинамики
3. Тепловые двигатели и циклические процессы в термодинамике
4. Цикл Карно

Понятие термодинамических циклов

Циклы в термодинамике демонстрируют модели явлений, которые осуществляются в тепловых механизмах, для теплового преобразования в механическую работу. В роли элементов данного механизма являются нагреватель, рабочее тело и холодильник. Данные элементы осуществляют изменения состояния рабочего объекта.

В то же время, физика располагает и иными циклическими процессами:

• Цикл Стирлинга, которые описывает рабочий процесс в машине Стирлинга, где содержится еще и регенератор, отводящий теплоту от рабочего объекта на определенных стадиях циклического процесса, а также отдающий данную теплоту рабочему объекту на иных стадиях процесса.
• Цикл Эрикссона. На базе данного цикла основан «двигатель внешнего сгорания», поскольку он имеет внешний обогрев. Для увеличения эффективности, двигатель обладает регенератором либо рекуператором между компрессором и детандером.

В данных циклических процессах обратимость достигается благодаря введению дополнительных тепловых устройств, это регенераторы.

Всеобщим для данных циклических процессов с регенерацией проявляется цикл Рейтлингера, где показывается владение наибольшей продуктивностью относительно обратимых циклических процессов.

Непосредственному преобразованию теплового энергетического потенциала в работу препятствует постулат Томсона, которые базируется на основе второго термодинамического закона, что, в то же время, дает объяснения применения для этой цели термодинамических циклических процессов.

Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики требует точное разделение таких понятий, как:

1. Обратимые явления. Данные явления обладают возможностью течения как в прямом, так и в обратном направлении с методическим течением системы через состояния, которые подобны для прямого направления (в ситуации с обратным направлением).
2. Необратимые явления. После данных явлений система и внешняя среда, которая взаимодействует с системой, не в состоянии произвести возвратные действия в первоначальное положение. Данными явлениями считаются все неравновесные явления в реальности.

Работа осуществляема, если присутствует разница давлений между внешней средой и системой. Подобно и теплота в состоянии выполнять свою передачу только при наличии разности температурных показателей между объектами. В аналогичных явлениях не представляется возможным существование системы в равновесном состоянии, следовательно, данные явления являются необратимыми.

Необратимость процессов в реальности демонстрирует об одно направленности всех естественных явлений. Во всех необратимых явлениях рассматривается самостоятельный переход в тепловую форму энергетического потенциала всех видов, что порождает повышение энтропии замкнутой системы. Энтропия всех замкнутых системы, которая выполняет работу, не подлежит уменьшению ни в коем случае. Энтропия расположена сберегать собственное постоянство в пределах обратимых явлений и постоянно увеличивается при необратимых явлениях. Принцип необратимости (принцип увеличения энтропии) является всеобщим определением второго термодинамического начала.

Тепловые двигатели и циклические процессы в термодинамике

Тепловым двигателем является механизмом, который способен к преобразованию принятого числа теплоты в механическую работу. Данная работа производится в тепловых механизмах в пределах процесса наращивания определенного вещества, именуемого рабочим объектом. В роли рабочего объекта, как правило, представляются газы, к примеру, водяной пар, бензиновые пары, воздушные пары.

Рабочий объект расположен принимать, а также предоставлять тепловой энергетический потенциал в условиях теплового обмена с объектами, которые обладают огромным резервом внутреннего энергетического потенциала. Данные объекты являются тепловыми резервуарами. Опираясь на первое термодинамическое начало, принятое благодаря газообразному веществу число теплоты начнет в полной мере преобразовываться в работу в условиях изотермического явления, когда, в то же время, сберегает собственную стабильность внутренняя энергия.

Но аналогичный «одноразовый акт» не составляет особенного интереса для техники. В действительности действующим тепловым механизмам (к примеру, двигателям внутреннего сгорания) характерна повторяемость в работе. Наблюдается вероятность периодических повторов явлений тепловой передачи и перехода принятой теплоты в работу.

Для этого рабочий объект должен осуществлять круговое явление или благоприятствовать осуществлению термодинамического циклического процесса, при котором происходит повторяющееся обновление изначального состояния. В роли всеобщего показателя для каждого кругового явления является отсутствие возможности их осуществления за счет погружения рабочего объекта в тепловое взаимодействие только с одним резервуаром тепла.

Данных резервуаров будет необходимо, как минимум, два. Резервуар тепла с большими температурными показателями будет именоваться нагревателем (нагревательным устройством), а с меньшими температурными показателями будет именоваться холодильником (холодильным устройством).

Цикл Карно

Цикл Карно любопытен тем, что в полной мере во всех его местах отмечается неимение взаимодействия объектов с различными температурными показателями. Квазиравновесным считается каждое положение рабочего объекта (газообразного вещества) на циклическом процессе. Таким образом, данное состояние будет довольно близко к состоянию, где прослеживается тепловое равновесное состояние с окружающими объектами (термостатными устройствами либо тепловыми резервуарами).

Все места данного цикла и в частности данный цикл в совокупности обладает возможностью быть прошедшим в две стороны:

• Проход циклического процесса по часовой стрелке приравнивается к тепловой машине. Теплота, которая получена рабочим объектом, от части преобразуется в полезную работу.
• Проход циклического процесса в противоположном направлении приравнивается к холодильной установке. Определенное число тепла отнимается от холодного резервуара и отдается горячему резервуару благодаря осуществлению внешней работы.

Идеальная система, которая функционирует по циклу Карно, именуется обратимым тепловым механизмом. В существующих холодильных устройствах используются различные циклы. Механизм, который функционирует по холодильному циклическому процессу, возможно охарактеризовать двояким назначением.

Когда полезной эффективностью считается отбирание некоторого числа теплоты от охлаждаемых объектов, к примеру, от продуктовых изделий в холодильной камере, данное техника является обыкновенным холодильником или морозильником.