Процесс - превращение - тепло
Cтраница 3
 |
Соотношения между единицами измерения энергии. [31] |
Описанная нами машина не удовлетворила бы своему назначению, если бы она совершила процесс превращения тепла в работу однократно. Поэтому после того, как поршень, выйдя из одного крайнего положения, допустим левого, приходит в другое крайнее положение - правое, он должен возвратиться обратно в первоначальное положение. [32]
В действительности, однако, такая машина действовать не может, так как мы тщетно будем ожидать, чтобы молекулы газа сами собой собрались в части объема сосуда: такая самопроизвольная концентрация молекул сопровождается уменьшением энтропии и поэтому невозможна. Заметим, что здесь идет речь о невозможности циклической машины, все время повторяющей процесс превращения тепла в работу. Это очень важно потому, что однократное такое превращение вполне возможно - оно не противоречит ни первому, ни второму началам термодинамики. [33]
Клаузиус, рассматривая условия перехода тепла от холодного тела к более теплому, формулировал второе начало следующим образом: Теплота не может переходить из холодного к теплому телу сама собой, без компенсации. В этой формулировке подчеркивается требование компенсирующего процесса, которым всегда должен сопровождаться процесс перехода тепла от холодного тела к теплому или процесс превращения тепла в работу. [34]
Тепловая машина превращает тепло в работу, иначе говоря, за бирает тепло от одних тел и передает его другим телам в форме механической работы. Для того чтобы осуществить это превращение, надо располагать двумя различно нагретыми телами, между которыми возможен теплообмен. Для краткости будем называть более горячее тело нагревателем, а более холодное - холодильником. При наличии таких двух тел процесс превращения тепла в работу рисуется следующим образом: способное расшириться тело ( рабочее тело) приводится в контакт с нагревателем. Тепло QJ отбирается от нагревателя и затрачивается на работу расширения AI, которая отдается окружающим телам. [35]
Тепловая машина превращает тепло в работу, иначе говоря, за бирает тепло от одних тел и передает его другим телам в форме механической работы. Для того чтобы осуществить это превращение, надо располагать двумя различно нагретыми телами, между которыми возможен теплообмен. Для краткости будем называть более горячее тело нагревателем, а более холодное - холодильни ком. При наличии таких двух тел процесс превращения тепла в работу рисуется следующим образом: способное расшириться тело ( рабочее тело) приводится в контакт с нагревателем. Тепло Q, отбирается от нагревателя и затрачивается на работу расширения AI, которая отдается окружающим телам. [36]
При всей важности и дальновидности решения Парижской Академии в нем не упоминалось о других формах движения и особенно о тепловой; вопрос об их связи с механическим движением оставался открытым. Блестящие прозрения Лейбница и Ломоносова имели общий, философский характер. Развитие техники ( паровые машины и другие тепловые двигатели, например машина Стирлинга [1.28, 1.29]) требовало осмысления процессов превращения тепла в работу и работы в тепло, точного их количественного анализа. [37]
Температурный коэффициент максимальной работы в большинстве случаев положительный, вследствие этого внешняя работа, совершаемая в каком-либо процессе, несколько меньше освободившейся внутренней энергии. Поэтому даже в обратимом процессе часть энергии самопроизвольно в форме тепла переходит в окружающее пространство. В принципе мы можем распорядиться по своему усмотрению той частью энергии, которая перешла в работу, поскольку для превращения ее в другие виды энергии не существует никаких ограничений. Для той же части энергии, которая в результате обратимого процесса перешла в тепло, действуют принципиальные ограничения, которые вообще существуют для процесса превращения тепла в работу. Поэтому часть энергии, превращенная в обратимом процессе в работу, называется изменением свободной энергии, а часть, превращенная в тепло, - изменением связанной анергии. Таким образом, изменение свободной анергии ( при постоянной температуре) равняется максимальной работе. Температурный коэффициент максимальной работы бывает и отрицательным. В этом случае максимальная работа ( или изменение свободной энергии) больше, чем уменьшение внутренней энергии: такие химические реакции, если вести их обратимо, превращают в работу не только освобождающуюся внутреннюю ( в основном химическую) энергию, но и некоторую часть термической энергии окружающей среды. [38]
Несколько слов о тепловом контакте. Контактный теплообмен рабочего тела с внешней средой в качестве источника работы может иметь место только в виде исключения. Этот способ не может иметь сколько-нибудь существенного значения хотя бы потому, что это очень медленный способ передачи тепла. Следует отметить, что контактная передача тепла от топочных газов к стенке котла является частью процесса внешней генерации рабочего вещества и не входит в процесс превращения тепла в работу. При определении граничного перепада температур в паровом двигателе верхней температурой считается температура пара, а не температура топочных газов. [39]
Страницы: 1 2 3