Лекцию можно здесь

27.01.2016
ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
2-ой закон термодинамики имеет несколько формулировок:
В механическую работу может быть переведена только часть тепла, полученного от
горячего источника
Для получения работы в круговом процессе необходима разность температур между
источником тепла и теплоприёмником.
Круговой процесс
Круговой процесс – это последовательное проведение ряда прямых и обратных процессов,
возвращающих тело в своё первоначальное состояние и производящих достаточное количество
механической энергии для работы двигателя.
Только прямые процессы дают положительное количество работы, а на обратные процессы нужно
затрачивать работу извне.
Изобразим в системе координат p – v и T – s произвольный круговой процесс 1, m, 2, n, состоящий из
двух процессов расширения 1, m и m, 2 и сжатия 2,n и n, 1. В прямых процессах расширения к газу
от горячего источника с температурой T1 подводится q кДж тепла.Обозначим положительную работу
через ℓ1. На обратные процессы сжатия должно быть затрачено меньшее количество работы ℓ2,
следовательно, линия обратных процессов должна быть расположена в координатах p – v ниже
линии прямых.
Для возвращения тела в первоначальное состояние необходимо отнять о т него q2 кДж тепла.
Отвести это тепло можно только при соприкосновении тела с холодильником, температура которого
T2 будет ниже T1 .Только в этом случае изменение внутренней энергии тела будет равно нулю, что
является основным свойством круговых процессов. Работа, отданная на сторону потребителю(ℓ0),
находится из выражения
ℓ0 = ℓ 1 - ℓ2
ℓ0 – называется полезной работой цикла.
q 1 – q 2 = ℓ 0,
Установлено, что чем выше температура источника тепла и ниже температура теплоприёмника
(холодильника), тем больше тепла превращается в полезную работу. Экономичность работы
двигателя определяется величиной его термического коэффициента полезного действия (ηT).
Термическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.) называется отношение тепла,
превращённого в полезную работу, ко всему теплу.
ηT =
𝒒𝟏 −𝒒𝟐
𝒒𝟏
𝒒
или ηT = 1 - 𝒒𝟐 , где q2 – подведённое тепло, q1 – отведённое тепло
𝟏
Заменяя q1 – q2 через ℓ0 имеем
𝓵
ηT = 𝒒𝟎
𝟏
всегда < 1
Термическим к.п.д. всякой тепловой установки (топки, печки, сушилки) называется отношение
полезно использованного в установке тепла ко всему подведённому к ней теплу.
ВОДЯНОЙ ПАР
Парами называют газы, находящиеся в состоянии, близком к сжижению.
В природе вода – это жидкость и для того, чтобы получить её в газообразном виде, т.е. превратить в
пар, надо затратить тепло. Этот процесс называется парообразованием.
В технике получение водяного пара происходит при давлениях >или < атмосферного. В цилиндре
под поршнем находится 1 кг воды t = 0 ͦ; поршень оказывает на воду давление P. К воде подводится
тепло. Поршень имеет возможность передвигаться для того, чтобы давление всё время оставалось
равным первоначальному давлению P.
При нагревании объём воды будет немного увеличиваться, увеличиваться будет и температура.
Количество молекул, покидающих жидкость, будет непрерывно возрастать, равно как и количество
молекул пара, находящихся в пространстве над ней. Это приведёт к повышению давления пара над
жидкостью. Повышение давления пара будет происходить до тех пор, пока не установится
равновесие между количеством молекул, покидающих жидкость и возвращающихся в неё обратно.
В этом случае температура достигнет точки кипения, а давление – постоянной для данной точки
кипения величины, при этом tводы и tпара будут оставаться постоянными, несмотря на подвод тепла.
Пар над жидкостью в таком состоянии называется насыщенным. Его температура равна температуре
кипения и зависит от давления.
Пар, содержащий в себе капельки воды, называется влажным насыщенным паром.
При дальнейшем подводе тепла к жидкости в цилиндре, количество пара будет увеличиваться и,
наконец, вся вода превратиться в пар, т.е. процесс парообразования закончился. Этому моменту,
когда испарилась последняя капелька воды, соответствует состояние сухого насыщенного пара.
Если сухому насыщенному пару сообщить дополнительное количество тепла, то пар повысит свою
температуру и перегреется.
Перегретым называется пар того же давления, что и сухой насыщенный, t которого выше
температуры насыщения (кипения). Перегретый пар получается в специальных аппаратах –
парообразователях.