Информация к размышлению

Использование внутренней энергии тепловыми двигателями таит в себе много вопросов. Сравним КПД (η) тепловых и электрических машин (табл. 4.1 и табл. 4.2).

Таблица 4.1

Тепловой двигатель	η, %
Паровая машина стационарная Турбореактивный двигатель Газотурбинная установка (стационарная) Двигатель карбюраторный Дизель тракторный Дизель стационарный Тепловоз ТЭ3 Паровая турбина большой мощности при начальных параметрах пара: p = 3,5 МПа и t = 435 °С p = 9 МПа и t = 480 °С p = 17 МПа и t = 550 °С p = 24 МПа и t = 560 °С	≈ 15 20…25 25…29 25…30 28…32 34…44 ≈ 28 25 30 36…37 40

Разница огромная: КПД электрических машин не опускается ниже 85 % и поднимается к теоретическому, разрешённому первым законом термодинамики (100 %); КПД тепловых двигателей не поднимается выше 40…45 %.

Все эти проблемы связаны с качественными особенностями внутренней энергии.

Таблица 4.2

Электрическая машина	η, %
Электродвигатель Электровоз постоянного тока Электрический чайник с трубчатым герметическим нагревательным элементом Гидроэлектростанция большой мощности Гидрогенератор мощностью 120 кВт Линия электропередачи Волжская ГЭС им. В. И. Ленина – Москва Трансформатор большой мощности Гидрогенератор мощностью 500 МВт Турбогенератор мощностью 800 МВт Турбогенератор мощностью 1200 МВт	82…98 ≈ 85 ≈ 86 ≈ 89 ≈ 90 ≈ 92,3 ≈ 98 98,2 98,8 98,9

Внутренняя энергия распределена между огромным числом частиц, образующих данную термодинамическую систему. В простейшем случае идеального газа – это кинетическая энергия хаотически движущихся частиц. Для более сложных термодинамических систем кинетической энергии поступательного движения добавляется кинетическая энергия, связанная с вращением и колебанием частиц, а также потенциальная энергия их взаимодействия. Это обстоятельство – распределение внутренней энергии между огромным числом хаотически движущихся и взаимодействующих частиц и приводит к тому, что полностью превратить её в механическую невозможно. Ведь при механической работе макроскопическое тело перемещается как целое. И вероятность того, что частицы вещества передадут всю свою энергию макроскопическому телу, стремится к нулю.

Проверьте, как Вы усвоили материал

1. Какой процесс называется термодинамическим циклом или круговым процессом?

2. В чём состоит практическое значение циклов?

3. Изобразите произвольный цикл в рабочей диаграмме, в котором происходит превращение теплоты в механическую работу.

4. Чем отличаются обратные циклы от прямых циклов?

5. Что оценивает термический коэффициент полезного действия цикла? Приведите математическую формулу этого коэффициента.

6. Из каких процессов состоит цикл Карно?

7. Сформулируйте теорему Карно.

8. В чём состоит практическое значение цикла Карно?

9. Как сформулировал второй закон термодинамики У. Томсон?

10. Как сформулировал второй закон термодинамики Р. Клаузиус?

11. Сформулируйте второй закон термодинамики, используя понятие энтропии.

12. Какова теоретическая модель теплового двигателя?

13. Почему нельзя создать идеальный тепловой двигатель с КПД, равным единице, если использовать в качестве холодильника тело при абсолютном нуле?

14. Как определяется КПД идеального теплового двигателя?

15. Противоречит ли создание вечного двигателя второго рода первому закону термодинамики?

16. Почему все реальные процессы необратимы?

17. Какие виды тепловых машин вам известны?

18. Назовите составные части любой циклической тепловой машины?

19. Как рассчитать холодильный коэффициент?