Коэффициент - полезное действие - тепловая машина
Cтраница 2
 |
Модель митохондрии. [16] |
Напомним, что коэффициент полезного действия тепловой машины может быть достаточно высок лишь при наличии большого перепада температур в работающем механизме машины. Такой перепад температур абсолютно несовместим с сохранением жизни клетки. Таким образом, необходимо признать, что энергия, освободившаяся при тканевом дыхании в форме теплоты, не может уже быть использована для выполнения физиологической работы. [17]
Необходимо, однако, иметь в виду, что обратимый процесс является процессом идеальным и на практике полная обратимость не может быть обеспечена. Поэтому то значение коэффициента полезного действия тепловой машины, которое дается формулой (80.12), фактически является недостижимым верхним пределом, к которому, однако, можно подойти принципиально сколь угодно близко. [18]
Игорь Евгеньевич выслушал изобретателя и сказал, что в принципе такая установка, конечно, будет работать, но коэффициент полезного действия сильно завышен. Термодинамика дает выражение для коэффициента полезного действия тепловой машины. В идеальном случае он равен: n ( 7 i - Tt) / Ti, где 74 - абсолютная температура нагревателя, Т2 - холодильника. [19]
Это отношение характеризует степень использования теплоты при превращении ее в работу. Ниже приведен вывод уравнения для вычисления коэффициента полезного действия тепловой машины, в которой тепло превращалось в работу по обратимому циклу Карно. [20]
Как будет показано ниже, найденный теоретически коэффициент полезного действия тепловой машины, совершающей обратимый цикл, будет максимальным. Это теоретическое условие дает возможность сделать все необходимое для того, чтобы при конструировании реальных тепловых двигаталей приблизить их к тепловой машине, совершающей обратимый цикл. Изучение равновесных процессов и процессов, близких к равновесным, составляет основное содержание термодинамического исследования. [21]
Поскольку термодинамическая шкала температур совпадает со шкалой идеального газа, то и нуль шкалы Кельвина совпадает с абсолютным нулем температуры, определенным нами раньше. Следует, впрочем, заметить, что согласно второму началу термодинамики коэффициент полезного действия тепловой машины никогда не может быть равен единице: количество теплоты, полученной от нагревателя, не может быть целиком преобразовано в механическую работу. Поэтому и абсолютный нуль температуры Hie может быть достигнут. [22]
 |
Произвольный цикл из бесконечно малых циклов Карно. [23] |
Следовательно, знак неравенства относится к необратимым циклам. В этих циклах необратимость связана, например, с тем, что часть работы путем трения превращается в теплоту, вследствие чего уменьшается коэффициент полезного действия цикла. Таким образом, коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей необратимо, меньше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно между теми же температурами. [24]
 |
Произвольный цикл из бесконечно малых циклов Карно. [25] |
Следовательно, знак неравенства относится к необратимым циклам. В этих циклах необратимость связана, например, с тем, что часть работы путем трения превращается в теплоту, вследствие чего уменьшается коэффициент полезного действия цикла. Таким образом, коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей необратимо, меньше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно между теми же температурами. [26]
Этот вопрос не мог быть решен при узкотехническом подходе. После того как в 1824 г. французский инженер Сади Карно в общем виде рассмотрел проблему о переходе тепла в работу, можно было действительно увеличить коэффициент полезного действия тепловых машин. Одновременно работа Карно послужила фундаментом для возникновения общего учения о передаче и превращении энергии, получившего впоследствии название термодинамики. Таким образом, требования практики приводят к новым физическим открытиям, а эти последние служат базой для дальнейшего развития техники. Нередко весьма теоретические и отвлеченные на первый взгляд физические открытия со временем находят самые разнообразные и важные технические применения. [27]
Рассмотрим обратимые циклические процессы, для которых можно осуществить точный подсчет работы и теплоты. Для идеального газа, газа Ван-дер - Ваальса и других газов с известными уравнениями состояния, допускающими аналитическое вычисление интересующих нас интегралов, непосредственные вычисления показывают, что по любому циклу этот интеграл равен нулю. В 1864 г. Клаузиус показал, что при определенном допущении этот результат можно получить в общем виде, независимо от природы вещества, используемого в циклическом процессе. Однако для этого необходимо обратиться к работе Карно 1824 года о коэффициенте полезного действия тепловой машины и специальному циклу, названному теперь циклом Карно. [28]
Поэтому оно может относиться как к обратимому, так и необратимому процессам. Из выражения ( III, 46) следует, что знак равенства относится кобра-г и м ы м циклам. Следовательно, знак неравенства относится к необратимым циклам. В этих циклах необратимость связана, например, с тем, что часть работы путем трения превращается в теплоту, вследствие чего уменьшается коэффициент полезного дейст-иия цикла. Таким образом, коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей необратимо, меньше, чем коэффициент полезного действия машины, работающей по обратимому циклу Карно между теми же температурами. [29]
Экспериментально установлено, что если различные виды работы могут быть полностью обращены в теплоту и в идеальном случае могут полностью переходить друг в друга, то обратное преобразование невозможно, так как только некоторая часть теплоты превращается в работу при циклическом процессе. Здесь речь идет о закрытой системе, совершающей круговой термодинамический процесс, а не о единичном акте, так как в последнем случае согласно принципу эквивалентности преобразование тепла в работу можно произвести полностью. Поэтому неудивительно, что изучение вопросов, связанных со вторым началом термодинамики, исторически обязано исследованию принципа действия тепловых машин, назначение которых состоит в превращении тепла в работу. В фундаментальном труде французского инженера Сади Карно Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу ( 1824) сделана первая, еще весьма несовершенная попытка сформулировать второе начало термодинамики. В труде Карно рассматриваются три основных вопроса: 1) необходимое условие для преобразования теплоты в работу; 2) условие, при котором трансформация теплоты в работу может достигнуть максимального эффекта; 3) зависимость коэффициента полезного действия тепловой машины от природы рабочего вещества. В труде Карно был сделан совершенно правильный вывод, что коэффициенты полезного действия всех обратимых тепловых машин одинаковы и не зависят от рода работающего тела, а только от интервала предельных температур, в котором работает машина. [30]
Страницы: 1 2 3