Решение

Удельные объёмы азота в начале и в конце процесса сжатия находим по уравнению состояния (1.11):

υ₁ = = 0,87 м³/кг;

υ₂ = = 0,167 м³/кг.

Значение показателя политропы определяется из соотношения (3.50)

n =

Проверьте, как Вы усвоили материал

_{1. В какой последовательности производится анализ термодинамических процессов?}

_{2. В каком термодинамическом процессе вся подведённая теплота расходуется на изменение внутренней энергии?}

_{3. Подводится или отводится теплота в процессе изобарного сжатия?}

_{4. Чему равно изменение внутренней энергии при изотермическом процессе.}

_{5. Как изменяется температура рабочего тела при расширении?}

_{6. Чем отличается линия изобарного процесса от линии изохорного процесса в тепловой “T-s” диаграмме?}

_{7. При каких условиях термодинамический процесс будет адиабатным?}

_{8. Назовите термодинамический процесс, в котором всё подведённое тепло расходуется на совершение работы против внешних сил.}

_{9. Чему равно изменение энтропии при адиабатном процессе?}

_{10. Назовите термодинамический процесс, в котором рабочее тело совершает против внешних сил за счёт уменьшения своей внутренней энергии?}

_{11. Как найти количество теплоты при графическом изображении процесса?}

_{12. Как взаимно расположены адиабата и изотерма, в “p-υ” и “T-s” координатах?}

_{13. В каком термодинамическом процессе вся теплота, подведённая к рабочему телу, идёт на увеличение энтальпии?}

_{14. Изобразите основные идеальные термодинамические процессы в диаграммах состояния, построенных в “i-s” координатах.}

Тема 4. Второй закон термодинамики

4.1. Понятие о круговых процессах (циклах). Прямой цикл (цикл тепловой машины)

В предыдущих темах были рассмотрены так называемые разомкнутые термодинамические процессы. Поскольку в них некоторые параметры рабочего тела непрерывно и односторонне изменяются, что такие процессы неизбежно заканчиваются при каких-то конечных значениях давления и температуры. Осуществляя их можно получить лишь ограниченную величину работы. Бесконечное непрерывное расширение заданной массы рабочего тела практически получить невозможно. Следовательно, для непрерывного получения полезной работы необходимо осуществлять периодически повторяющийся процесс расширения. Повторение же процесса расширения можно обеспечить, если возвращать рабочее тело в начальное состояние после завершения его расширения, т.е. совершать периодически повторяющиеся термодинамические процессы.

Совокупность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, называется круговым процессом или циклом.

Циклы имеют большое практическое значение, так как они позволяют осуществлять превращение теплоты в работу, а также непрерывную передачу теплоты с низшего температурного уровня на высший.

Рассмотрим круговой процесс (цикл) теплового двигателя.

Тепловой двигатель представляет собой механическое устройство, в котором теплота непрерывно превращается в полезную работу. Циклы тепловых двигателей протекают по часовой стрелке, и они называются прямыми циклами.

Перейдём к рассмотрению кругового процесса теплового двигателя (рис. 4.1.).

Рис. 4.1. Круговой процесс (цикл) теплового двигателя: а – изображение прямого цикла в рабочей диаграмме, б – изображение прямого цикла в тепловой диаграмме, в – осуществление кругового процесса

Возьмём цилиндр с поршнем, который может передвигаться без трения. Поместим в цилиндр 1кг идеального газа, имеющего некоторое избыточное давление. Если подвести к газу теплоту, он начнет расширяться и при этом совершать положительную работу до тех пор, пока давление газа не станет равным внешнему давлению.

Работа расширения L_расш полученная при этом, в координатах “p-υ” изобразится (рис. 4.1,а) площадью υ₁1a2υ₂. Чтобы осуществить вновь процесс расширения, необходимо возвратить рабочее тело в начальное состояние путем его сжатия.

Если процесс сжатия будет происходить при той же температуре, что и процесс расширения (по линии 2а1), работа сжатия будет в точности равна работе расширения и никакой избыточной (полезной) работы такой двигатель вырабатывать не будет.

Поэтому для получения полезной работы в тепловом двигателе, работа сжатия должна быть меньше работы расширения. Этого можно достигнуть, если температура рабочего тела, при сжатии будет более низкая, чем при его расширении. При этом рабочее тело создает меньшее сопротивление силам, сжимающим его, поэтому на сжатие рабочего тела, необходимого для возвращения в начальное состояние, при более низкой температуре требуется меньше работы.

Таким образом, при сжатии, от рабочего тела необходимо отводить теплоту, чтобы понизить его температуру T и соответственно понижается давление p рабочего тела.

Работа сжатия L_сж в координатах “p-υ” изображается площадью υ₂2б1υ₁. Из (рис. 4.1,а) видно, что площадь υ₁1a2υ₂ больше площади υ₂2б1υ₁, т.е. L_расш > L_сж.