Головна

Виробництво роботи. Корисна робота. Максимальна робота. Максимальна корисна робота

  1. II. спрощене виробництво
  2. II. робота з каналами
  3. III. Робота з функціями Бази даних
  4. VI. Відтворення - основний процес, що задає цілісність діяльності
  5. Автоматична бортова система управління АБСУ-154. Призначення. Принцип роботи. Основні характеристики.
  6. Автомобілі, що працюють на стиснутому природному газі
  7. Автомобілі, що працюють на СНД

Якщо робоче тіло знаходиться в стані, відмінному від того, яке воно має при параметрах навколишнього середовища (т. Е. Система не знаходиться в рівновазі), то в принципі це раб. тіло може виконати роботу.

Тепер з'ясуємо, як же визначити працездатність системи (працездатність робочого тіла по відношенню до навколишнього середовища). Отже, ізольована система може призвести роботу тільки в тому випадку, коли вона не перебуває в рівноважному стані. Щоб ізольована система, єдиним видом роботи якої може бути робота розширення, могла призвести роботу, необхідно, щоб тиску або температури різних тіл, що входять в цю систему, не були абсолютно однакові.

В системі, що складається з тіл з різними тисками, відсутній механічне рівновагу. Якщо в системі є тіла з різними температурами, в ній відсутня термічне (теплове рівновагу).

У міру виконання роботи, ізольована система буде наближатися до рівноважну ному стану. Припустимо, що ізольована система складається з окр. середовища, температура і тиск якої практично залишаються незмінними, і стисненого повітря, що має ту ж температуру, що і окр. среда, але більш високий тиск, т. е. в наявності механічно неравновесное і термічно рівноважний стану. Подібна система може виконувати роботу, наприклад, переміщаючи поршень в циліндрі до тих пір, поки тиск повітря не знизиться до тиску окр. середовища, т. е. поки система не прийде в механічне рівновагу.

Якщо в системі є два джерела теплоти, що володіють різними температурами, і раб. тіло, початковий стан якого значення не має, то ми маємо справу з термодинамічної рівноважної системою, яка може призвести роботу, наприклад, шляхом кількаразового повторення робочим тілом циклу Карно. В результаті здійснення циклу Карно не тільки виявляється виробленої відома робота, але також цілком певну кількість теплоти передається від джерела з більш високою температурою до джерела з більш низькою. Але в результаті такого переходу теплоти, температура гарячого джерела буде знижуватися, а холодного - підвищуватися. З плином часу температури джерел теплоти стануть однаковими, система досягне термодинамічної рівноваги, і подальше виробництво роботи стане неможливим.

Таким чином, виробництво роботи ізольованою системою можливо тільки в процесі переходу системи з нерівноважного стану в рівноважний. Вироблена робота залежить, як відомо, від характеру процесу переходу системи до рівноважного стану.

Припустимо знову, що в нашому розпорядженні є термічно нерівноважна система, що складається з двох джерел теплоти, що мають різні температури і раб. тіла. Теплота передається безпосередньо від гарячого джерела до холодного, минаючи раб. тіло. В результаті такого процесу, температури всіх тіл системи стануть однаковими, система виявиться в стані термічної рівноваги, а ніякої роботи взагалі не буде вироблено. Подібний процес теплообміну, (що призводить до вирівнювання температур) без виробництва роботи обов'язково повинен відбуватися при кінцевій різниці температур, т. Е. Є незворотнім.

Навпаки, максимальна робота при переході системи від термічно нерівноважногостану в рівноважний може бути отримано в результаті неодноразового вчинення раб. тілом циклу Карно, в якому найбільша температура раб. тіла дорівнює температурі гарячого джерела, а найменша температура - температурі холодного джерела, т. е. в

внаслідок вчинення тільки повністю оборотних процесів.

Якщо ізольована система механічно неравновесна, то в цьому випадку найбільша робота, яку можна отримати при переході з механічно нерівноважногостану в рівноважний, може бути отримана в результаті здійснення повністю оборотних процесів. Ясно, що найбільша робота буде отримана в разі відсутності тертя між поршнем і стінками циліндра машини. Але тертя являє собою типовий незворотний процес.

Таким чином, ми прийшли до двох дуже важливих висновків:

1. Ізольована система здатна до виробництва роботи тільки в разі, коли

вона знаходиться в нерівноважному стані. Після досягнення рівноважного стану працездатність системи виявляється вичерпаною.

2. Для отримання найбільшої можливої ??роботи при переході системи з

нерівноважногостану в рівноважний, потрібно, щоб усі процеси, що протікають в системі були повністю оборотні.

Визначимо тепер чіткіше поняття корисної роботи, максимальної роботи і мак симально-корисної роботи, яка може бути проведена розглянутої системою.

Спробуємо чисельно визначити максимальну корисну роботу, яку може ви- вести система, або, як іноді кажуть, визначимо працездатність системи. У нашому розпорядженні є ізольована система, що складається з окруж. середовища і деякого тіла

мають відмінні від середовища тиск р і температуру Т (або один з цих параметрів).

Таке тіло або групу тел будемо зв. в подальшому джерелом роботи.

У нерівноважної ізольованій системі робота проводиться при зміні стану джерела роботи в процесі встановлення рівноваги в цій системі. Позначимо цю роботу L. Частина цієї роботи буде витрачатися на стиск окр. середовища. Т. к. Система ізольована, то її обсяг явл. постійним, тому збільшення його на величину  V в процесі встановлення рівноваги в системі може відбуватися тільки за рахунок зменшення на ту ж величину  V обсягу навколишнього середовища.

Роботу, витрачену на стиснення окр. середовища (проти сил тиску середовища), позначимо L0.

Оскільки частина роботи, виробленої в процесі встановлення рівноваги в ізольованій системі, завжди буде витрачатися на стиск окр. середовища, то, отже, використовувати на свій розсуд ми можемо не всю вироблену роботу L, а тільки ту її частину, яка залишається за вирахуванням L0. Цю частину виробленої роботи домовимося зв. корисною роботою. Lпідлога.= L - L0 , (7.1)

Як уже зазначалося, якщо перехід системи з нерівноважного стану в рівноважний здійснюється за допомогою оборотних процесів, то в цьому випадок система зробить найбільшу можливу в даних умовах роботу (т. Е. Вироблена робота буде максимальною). Т. к. Все реальні процеси Я покажу на більшій або в меншій мірі незворотними, то максимальна робота системи явл. недосяжним межею. Однак для порівняння ступеня досконалості процесів отримання роботи поняття про подібному межі виявляється корисним. Максимальну роботу системи позначимо Lмакс.. Максимальна корисна робота -  , Яку може зробити система (працездатність системи) - це, по аналогії з рівнянням (7.1), частина максимальної роботи, за вирахуванням роботи, що витрачається на стиснення окр. середовища:  = Lмакс. - L0, (7.2)

визначимо  . Припустимо, що температура Т0 і тиск р0 окр. середовища незмінні. Початкові параметри джерела роботи: p, V, T, U, S, h. роботи: pк, Vк, Tк, Uк, Sк, Нк. Кінцеві параметри окр. середовища: p, V, T, U, S, Н. причому рк= р0 і Тк= Т0.

Сумарна внутрішня енергія системи в початковому, нерівноважному стані:

 , (7.3)

Сумарна внутрішня енергія системи в кінцевому стані рівноваги

 , (7.4)

Т. к. Розглянута система по визначенню явл. ізольованою (бqсис.= 0), то з рівняння 1-го закону ТТД слід, що робота може бути зроблена системою тільки за рахунок зменшення її внутр. єнергіі:  , (7.5)

З урахуванням (7.3) і (7.4) отримуємо: L = (U + U0) - (Uk+ U0k) = (U - Uk) + (U0 - U0k), (7.6)

Але між джерелом роботи і навколишнім середовищем може існувати теплообмін, крім того, джерело роботи може здійснювати роботу над середовищем (проти тиску середовища). позначимо Q2 теплоту, передану джерелом роботи середовищі, а L0 - Роботу, зроблену джерелом роботи над середовищем. Відповідно до 1-им законом ТТД:

Uоk - Uо= Q2+ Lо , (7.7)

Т. к. Тиск середовища р0 за умовою незмінно, то: Lо= pо(Vк - V), (7.8)

Оскільки розглянута система явл. Ізольованою, її сумарний обсяг постійний і, отже, зміна обсягу однієї частини цієї системи-середовища одно за величиною (і протилежно по знаку) зміни обсягу іншій її частині - джерела роботи. Тому в рівнянні (7.8) для L0 - Робота стиснення навколишнього середовища - фігурує зміна обсягу джерела роботи Vк - V, а не навколишнього середовища V0 - Vк.

Тоді, змінюючи знак в (7.7) і підставляючи L0 з (7.8), отримаємо:

U0 - U= - Q2 - p0(Vк - V), (7.9)

Підставляючи значення U0 - U з рівняння (7.9) в (7.6), отримуємо:

L = (U - Uк) - Q2 - p0(Vк - V), (7.10)

Теплота, передана від джерела роботи навколишньому середовищу, дорівнює, очевидно, твору постійної температури середовища Т0 і збільшенню ентропії середовища (S - S0), Т. Е. Q2= T0(S0k - S0), (7.11)

Підставляючи значення Q2 з рівняння (7.11) в рівняння (7.10), отримуємо:

L = (U - Uк) - Т0(S0k - S0) - P0(Vк - V), (7.12)

Рівняння (7.12) дає значення корисної роботи.

Для того, щоб знайти максимальну корисну роботу (Працездатність) ізольованої системи, необхідно скористатися положенням про те, що в результаті протікання оборотних процесів ентропія ізольованої системи не змінюється. Звідси випливає, з урахуванням адитивності ентропії, що якщо ентропія джерела роботи зменшувалася на S - Sк, То ентропія середовища повинна зрости на те ж значення, т. Е. Для оборотних процесів: S - S0= S - Sк , (7.13)

Підставляючи (7.13) в (7.12) отримаємо вираз для максимальної корисної роботи ізольованої системи:  = (U - Uк) - T0(S - Sк) - P0(Vк - V), (7.14)

Як видно з (7.14), максимальна корисна робота системи однозначно визначається початковими параметрами джерела роботи і параметрами окр. середовища.




ізотермічний процес | Адіабатний процес | Аналіз узагальнюючого значення політропної процесу | Політропний процеси по особливостям перетворення енергії можна розбити на 3 групи. | Сутність 2-го закону ТТД | Термічний ККД і холодильний коефіцієнт циклів | Прямий і зворотний цикли Карно | Математичний вираз другого закону ТТД | необоротні цикли | Об'єднані рівняння 1-го і II-го законів термодинаміки |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати