Теплові машини

4.Процес охолодження робочого тіла в дійсності заміняється вихлопом і виштовхуванням відпрацьованих газів і наступним засмоктуванням робочої суміші (лінія 4’-4-5-1).

5.Процес усмоктування закінчується пізніше крапки 1 (у крапці 1’) так, що від крапки 4’ до 1’ у циліндрі знаходиться не постійна кількість робочого тіла.

ККД теплових двигунів і другий початок термодинаміки.

ККД теплової машини визначається наступною формулою:=W/QH(5)

, де W - корисна робота зроблена цією машиною, QH - теплота повідомлена цій машині (Q узято під знак модуля, у зв'язку з тим, що тепловий потік може мати різний напрямок).

За законом збереження енергії одержуємо співвідношення:

QH=W+QL

, де QL - кількість теплоти відводиться при низькій температурі.

Таким чином, W=QH-QL, і ККД двигуна можна записати у виді:

З цього співвідношення видно, що чим більше буде ККД двигуна, тим менше буде теплотаQL. Однак досвід показав, що величину QL неможливо зменшити до нуля. Якби це було здійсненно, то ми одержали би двигун із ККД 100%. Те, що такий ідеальний двигун, що безупинно робить робітники цикли, неможливий, складає зміст ще одного формулювання другого початку термодинаміки:

Неможливий такий процес, єдиним результатом, якого було би перетворення відібраної в джерела теплоти Q, при незмінній температурі, цілком у роботу W, так, що W=Q.

Ця твердження відоме як формулювання другого початку термодинаміки Кельвін-Планка.

Існує також аналогічне твердження щодо холодильника, висловлене Клаузісом:

Неможливо здійснити періодичний процес, єдиним результатом, якого був би добір теплоти в однієї системи при даній температурі і передача в точності такої ж кількості теплоти іншій системі при більш високій температурі.

Рівняння Ван-дер-Ваальса.

У реальних теплових двигунах використовуються реальні гази. Як було замічене поводження їх помітне відхиляється, наприклад, при високому тиску, від поводження ідеального газу. Ян Д. Ван-дер-Ваальс (1837-1923) досліджував цю проблему з погляду МКТ і в 1873 році одержав рівняння більш що точно описує поводження реальних газів. Свій аналіз він засновував на МКТ, але при цьому враховував:

A.Усі молекули мають кінцеві розміри (класична МКТ ними нехтує)

B.Молекули взаємодіють один з одним увесь час, а не тільки під час зіткнень.

Припустимо, що молекули газу являють собою шарики з радіусом r. Якщо вважати, що такі молекули поводяться подібно твердим сферам, то дві молекули будуть зіштовхуватися і розлітатися в різні сторони при відстані між центрами рівним 2r. Таким чином, реальний обсяг, у якому можуть рухатися молекули трохи менше, ніж обсяг V судини утримуючого газ. Величина цього "недоступного обсягу" залежить від обсягу молекул газу і від кількості цих молекул. Нехай b являє собою "недоступний обсяг" у розрахунку на один моль газу. Тоді в рівнянні стану ідеального газу потрібно замінити V на V-nb, де n - число молів газу, і ми одержимо: