9.7. Політропний процес

на Ts-Діаграмі зображується (мал. 7-8) деякою кривою, розташування якої залежить від показника п.

На мал. 7-9 показане розташування політропних процесів на pv діаграмі, що виходять із однієї й тої ж точки, залежно від величини показника п.

Отже, всі політропні процеси, тобто процеси розширення, що розташовані над

адіабатою в межах k > п > — ∞, а процеси стиснення при ∞ > п>k , протікають із

підведенням теплоти до робочого тіла.

Політропні ж процеси розширення при ∞ > n > k, a процеси стиснення при — ∞ < п < k , протікають із відводом теплоти.

Процеси, розташовані між адіабатою й ізотермою, мають негативну теплоємність, тому що знак dq і du у цих процесах різний. Оскільки du = c_vdТ, отже, знак у du відповідає знаку в dТ (du >0, dТ >0 і du <0, dТ < 0). Тоді з вираження для теплоємності c = dq/dT видно, що вона дійсно негативна.

Практично це означає, що при підведенні теплоти в цих процесах температура зменшується, а при відводі теплоти - збільшується.

Якщо політропний процес 1-2 (рис. 28) з будь-яким значенням показника політропи зображений на sТ-діаграмі, то по ній можуть бути визначені ∆u, ∆l, q, l і l_о. Зміна внутрішньої питомої енергії ∆і чисельно дорівнює площі під кривою ізохорного процесу, що відбувається в тім же інтервалі температур, що й політропний процес 1-2. При обраному напрямку процесу температура робочого тіла збільшується, тому ∆u > 0. Якщо зневажити криволінійніcтю ізохорного процесу, то

⁽³³⁵⁾

Зміна ентальпії робочого тіла в політропному процесі чисельно дорівнює площі під кривою ізобарного процесу, що відбувається в тім же інтервалі температур, що й політропний процес 1-2. За тих самих умов

⁽³³⁶⁾

Оскільки Т₂ > Т₁, то ∆i > 0.

Теплообмін q робочого тіла із зовнішнім середовищем чисельно дорівнює площі під процесом 1-2. Якщо замінити криву 1-2 прямою, то

⁽³³⁷⁾

Оскільки ентропія в обраному політропному процесі зменшується, то теплота від робочого тіла відводиться, тобто q < 0. Відповідно до рівняння першого закону термодинаміки визначимо питому роботу, чинену робочим тілом у процесі 1-2: l = q — ∆и.

У політропному процесі 1-2 (рис. 28) q < 0, а ∆і > 0, тому відповідно до формул (335) і (337) маємо

Отже, питома робота, чинена робочим тілом у політропному процесі 1-2, виміряється пл. 1'12Аа. .

1. . Другий закон термодинаміки: його значення й сфера застосування

Перший закон термодинаміки означає неможливість існування вічного двигуна першого роду – машини, що створювала б енергію. Однак цей закон не накладає обмежень на перетворення енергії з одного виду в іншій. Механічну роботу завжди можна перетворити в теплоту (наприклад, за допомогою тертя), але для зворотного перетворення є обмеження. Інакше можна було б перетворювати в роботу теплоту, узяту від інших тіл, тобто створити вічний двигун другого роду.

Другий закон термодинаміки виключає можливість створення вічного двигуна другого роду.

Друге начало термодинаміки виражається сукупністю положень, що узагальнюють дослідні дані й відносяться, по-перше, до станів рівноваги термодинамічних систем, і, по-друге, до процесів, що відбуваються в цих системах. Різноманіття процесів взаємного перетворення теплоти в роботу й різні аспекти, у яких ці процеси можуть розглядатися, пояснюють наявність декількох формулювань другого начала термодинаміки.

Важливе значення має друге начало термодинаміки для теорії теплових двигунів. Тепловий двигун являє собою безперервно діючий пристрій, результатом дії якого є перетворення теплоти в роботу. Другий начало термодинаміки стверджує, що в теплових двигунах у роботу може бути перетворена лише частина підведеної теплоти. Тому корисна дія, а отже, і економічність двигуна характеризуються відношенням кількості теплоти, перетвореної в корисну роботу, до всієї підведеної теплоти. Це відношення називається ефективним к. к. д. двигуна; граничне, тобто максимальне, значення к. к. д. установлюється на основі другого начала термодинаміки.

Максимальна робота провадиться при оборотному проведенні процесу. У реальних необоротних процесах вироблена робота має завжди меншу величину. Друге начало термодинаміки встановлює критерій необоротності, за допомогою якого можна кількісно аналізувати кожний з реальних процесів, зокрема, установлювати зменшення або «втрати» роботи через необоротність дійсного процесу в порівнянні з ідеальним оборотним процесом, і тим самим знаходити шляхи здійснення робочого процесу найбільш ефективним способом.