Главная › Новости

Тепловые машины (№2)

Опубликовано: 19.12.2017

Термодинамика не интересуется конкретным устройст­вом тепловых машин , она анализирует общие закономер­ности взаимопревращений теплоты и механической рабо­ты. Среди устройств, которые термодинамика считает тепловыми машинами, оказываются не только привычные двигатели внутреннего сгорания и холодильники, но и вели­чественный Гольфстрим, и разрушительные смерчи.

Тепловые машины — это перио­дически действующие устройства, пе­реводящие теплоту и механическую работу друг в друга.

Если тепловая машина работает по прямому циклу (переводит теплоту в работу), то она называется тепловым двигателем .

Тепловая машина, работа­ющая по обратному циклу (за счет по­требления механической работы, от­бирающая теплоту у нагретых тел), называется холодильной машиной .

Примером теплового двигателя может служить двигатель автомобиля, а холо­дильная машина стоит у вас на кухне — это холодильник. Тепловые машины с точки зрения термодинамики всегда содержат три элемента: два теплообменника — нагрева­тель и холодильник — и изолирующую среду — рабочее тело. Рабочее тело предотвращает непосредственный кон­такт между теплообменниками, который неминуемо при­вел бы к уравниванию их температур и остановке маши­ны. Последние два утверждения далеко не очевидные и по своей сути представляют следствия второго начала термо­динамики.

Тепловой двигатель предназначен для производства работы, его эффективность определяется коэффициентом полезно­го действия (КПД) , который можно выразить как отноше­ние работы A, произведенной за цикл («польза»), к количе­ству подведенной за цикл теплоты Q1 («затраты»).

χ = Q2 / A = Q2 / (Q1 — Q2).

Эффективность холодильной машины определяется холо­дильным коэффициентом, который задается как отношение отбираемого количества теплоты Q2 («польза») к затрачен­ной на это работе A («затраты»).

Все тепловые машины — периодически действую­щие устройства, и состо­яния рабочего тела пери­одически повторяются. Следовательно, измене­ния внутренней энергии рабочего тела за цикл равно нулю (U = 0), и, согласно первому началу термодинамики, тепло­вой двигатель за цикл производит работу, а хо­лодильная машина — вы­деляет количество тепло­ты. Смысл величин Q1, Q2 и направление пере­дачи теплоты в тепловых машинах можно понять, рассмотрев следующий рисунок. Материал с сайта http://worldofschool.ru