Разделы презентаций


Тема 5. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ презентация, доклад

Содержание

5.1. Круговые обратимые и необратимые процессы Прежде, чем переходить к изложению второго закона термодинамики, рассмотрим круговые процессы. Круговым процессом, или циклом, называется такой процесс, в результате которого термодинамическое тело возвращается

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Тема 5. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ
5.1. Круговые обратимые и необратимые

процессы
5.2. Тепловые машины
5.3. Цикл Карно (обратимый)
5.4. Работа и КПД цикла

Карно
5.5. Необратимый цикл. Холодильная машина
Тема 5. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ5.1. Круговые обратимые и необратимые процессы5.2. Тепловые машины5.3. Цикл Карно (обратимый)5.4. Работа

Слайд 25.1. Круговые обратимые и необратимые процессы
Прежде, чем переходить

к изложению второго закона термодинамики, рассмотрим круговые процессы.
Круговым процессом,

или циклом, называется такой процесс, в результате которого термодинамическое тело возвращается в исходное состояние.
5.1. Круговые обратимые и необратимые процессы  		Прежде, чем переходить к изложению второго закона термодинамики, рассмотрим круговые

Слайд 4 В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается

в виде замкнутых кривых. Это связано с тем, что в

любой диаграмме два тождественных состояния (начало и конец кругового процесса) изображаются одной и той же точкой на плоскости.
В диаграммах состояния P, V и других круговые процессы изображается в виде замкнутых кривых. Это связано с

Слайд 5Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы:
расширения (1

– 2)
сжатия (2 – 1) газа
Работа расширения (1a2V2V11)

-
положительна (dV >0)
Работа сжатия (2b1V1V22) -
отрицательна (dV < 0).

Работа, совершаемая за цикл, определяется площадью, охватываемой кривой

Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы: расширения (1 – 2) сжатия (2 – 1) газа

Слайд 6Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке),

то он называется прямым Если за цикл совершается отрицательная работа

(5.1.2) (цикл протекает против часовой стрелки), то он называется обратным (рисунок 5.2).
Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым

Слайд 7Рис. 5.1 Прямой цикл

Рис. 5.2 Обратный цикл

Рис. 5.1 Прямой цикл       Рис. 5.2 Обратный цикл

Слайд 8 Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин:

двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, паровых и холодильных

машин и т. д. В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю: dU = 0 Тогда первое начало термодинамики для кругового процесса
Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин: двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин,

Слайд 9 Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне

теплоты. Однако в результате кругового процесса система

может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому Q1 – количество теплоты, полученное системой; Q2 – количество теплоты, отданное системой
Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты.  	    Однако

Слайд 10 Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса

(5.1.5) Все термодинамические процессы, в том числе и круговые, делят на две группы: обратимые и необратимые.
Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса

Слайд 11 Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после

окончания процесса он может быть проведен в обратном направлении через

все те же промежуточные состояния, что и прямой процесс. После проведения кругового обратимого процесса никаких изменений в среде, окружающей систему, не произойдет. При этом под средой понимается совокупность всех не входящих в систему тел, с которыми система непосредственно взаимодействует.
Процесс называют обратимым,  если он протекает таким образом, что после окончания процесса он может быть проведен

Слайд 12Пример обратимого процесса в механике
Падение упругого шарика на идеальную упругую

плиту
Прямой процесс
Обратный процесс

Пример обратимого процесса в механикеПадение упругого шарика на идеальную упругую плитуПрямой процессОбратный процесс

Слайд 13Но при сжатии и расширении газа
Быстро вдвигая и выдвигая поршень,

получают распространение изменения давления в одном и том же направлении:

от поршня!!!
При медленном движении поршня процесс будет обратимым
Но при сжатии и расширении газаБыстро вдвигая и выдвигая поршень, получают распространение изменения давления в одном и

Слайд 14 Процесс называется необратимым, если он протекает так, что

после его окончания систему нельзя вернуть в начальное состояние через

прежние промежуточные состояния. Нельзя осуществить необратимый круговой процесс, чтобы нигде в окружающей среде не осталось никаких изменений.
Процесс называется необратимым, если он протекает так, что после его окончания систему нельзя вернуть в

Слайд 15 Свойством обратимости обладают только равновесные процессы. Каждое промежуточное состояние является

состоянием термодинамического равновесия, нечувствительного к тому, идет ли процесс в

прямом или обратном направлении.

Например, обратимым можно считать процесс адиабатического расширения или сжатия газа.

Свойством обратимости обладают только равновесные процессы.  	Каждое промежуточное состояние является состоянием термодинамического равновесия, нечувствительного к тому,

Слайд 16 При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен

между системой и средой. Поэтому, производя адиабатическое расширение газа, а

затем сжатие, можно вернуть газ в исходное состояние так, что в окружающей среде никаких изменений не произойдет.
При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между системой и средой. Поэтому, производя адиабатическое

Слайд 17 Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется

некоторая необратимость процесса,обусловленная, например, несовершенством теплоизоляции, трением при движении поршня

и т.д. Только в обратимых процессах теплота используется по назначению, не расходуется зря. Если процесс неравновесный, то будет необратимый переход, т.е. часть энергии уйдет (необратимо).
Конечно, в реальных условиях и в этом случае всегда имеется некоторая необратимость процесса,обусловленная, например, несовершенством теплоизоляции, трением

Слайд 18 Максимальным КПД обладают машины у которых только обратимые

процессы. Реальные процессы сопровожда-ются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.),

которая нами не рассматривается.
Максимальным КПД обладают машины у которых  только обратимые процессы.  	Реальные процессы сопровожда-ются диссипацией

Слайд 19 - многие процессы в природе и технике практически обратимы;

- обратимые процессы являются наиболее экономичными и приводят к максимальному

значению термического коэффициента полезного действия тепловых двигателей.

Обратимые процессы – это в какой-то степени идеализация реальных процессов. Их рассмотрение важно по двум причинам:

- многие процессы в природе и технике практически обратимы;  - обратимые процессы являются наиболее экономичными

Слайд 205.2. Тепловые машины
Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий

работу за счет получаемого извне тепла.

5.2. Тепловые машины 		Тепловой машиной называется периодический действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла.

Слайд 21Принцип действия тепловых двигателей

Принцип действия тепловых двигателей

Слайд 22Реактивный двигатель

Реактивный двигатель

Слайд 25КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 26КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 27КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 28КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 29КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 30КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 31КПД тепловых двигателей

КПД тепловых двигателей

Слайд 32Идеальная тепловая машина
Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и

холодильника T2 обладает тепловой двигатель, где рабочее тело расширяется и

сжимается по циклу Карно график которого состоит из двух изотерм и двух адиабат

Сади Карно (1796 – 1832)

Идеальная тепловая машинаНаибольшим КПД при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2 обладает тепловой двигатель, где рабочее

Слайд 33 Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е.

возвращается в исходное состояние.

Любая тепловая машина работает по принципу кругового (циклического) процесса, т.е. возвращается в исходное состояние.

Слайд 34 Но чтобы при этом была совершена полезная работа,

возврат должен быть произведен с наименьшими затратами. Полезная работа

равна разности работ расширения и сжатия, т.е. равна площади, ограниченной замкнутой кривой. Обязательными частями тепловой машины являются нагреватель (источник энергии), холодильник, рабочее тело (газ, пар).
Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен быть произведен с наименьшими затратами.

Слайд 35Рис. 5.3

Рис. 5.3

Слайд 36 Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется

круговой процесс, то вернуться в исходное состояние можно с меньшими

затратами, если отдать часть тепла. Если охладить пар, то его легче сжать, следовательно, работа сжатия будет меньше работы расширения. Поэтому в тепловых машинах используется холодильник.
Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется круговой процесс, то вернуться в исходное состояние

Слайд 37 Прямой цикл используется в тепловом двигателе – периодически действующей тепловой

машине, совершающей работу за счет полученной извне теплоты.

Рис. 5.3

Прямой цикл используется в тепловом двигателе – периодически действующей тепловой машине, совершающей работу за счет полученной извне

Слайд 38 От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за

цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой

температурой Т2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2 и совершается работа A: . (5.2.1)
От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату

Слайд 39Рисунок 5.4
Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих

установках, в которых за счет работы внешних сил теплота Q2

от холодного тела переносится к телу с более высокой температурой.
Рисунок 5.4	Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних

Слайд 405.3. Цикл Карно (обратимый)

5.3. Цикл Карно (обратимый)

Слайд 41

Карно Никола Леонард Сади

(1796 – 1832) – французский физик и инженер, один из создателей термодинамики. Впервые показал, что работу можно получить в случае, когда тепло переходит от нагретого тела к более холодному (второе начало термодинамики). Ввел понятие кругового и обратимого процессов, идеального цикла тепловых машин, заложил тем самым основы их теории. Пришел к понятию механического эквивалента теплоты. В 1824 г. опубликовал сочинение «Размышления о движущей силе огня и о машинах способных развить эту силу».
Карно Никола Леонард Сади

Слайд 42 Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь

его имя:

Основываясь на втором начале термодинамики, Карно вывел теорему, носящую теперь его имя:

Слайд 43ТЕОРЕМА КАРНО Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры

нагревателей и холодильников, наибольшим КПД обладают обратимые машины. Причем КПД

обратимых машин, равны друг другу и не зависят от конструкции машины и от природы рабочего вещества. При этом КПД меньше единицы.
ТЕОРЕМА КАРНО  Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим КПД

Слайд 44 Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой

процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат

Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух

Слайд 45 Рассмотрим круговой процесс, при котором тепло можно превратить в работу,

притом, наилучшим образом, т.е. чтобы работа была максимальна.

Рассмотрим прямой цикл Карно, в котором в качестве рабочего тела используется идеальный газ, заключенный в сосуд с подвижным поршнем. Определим его КПД.
Рассмотрим круговой процесс, при котором тепло можно превратить в работу, притом, наилучшим образом, т.е. чтобы работа была

Слайд 46 Напомню, что тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу

за счет, получаемого извне тепла и имеющего нагреватель, холодильник и

рабочее тело. Будем считать, что нагреватель и холодильник имеют бесконечную теплоемкость, т.е. их температуры не изменяются в процессе передачи тепла.
Напомню, что тепловой машиной называется периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет, получаемого извне тепла и имеющего

Слайд 475.4. Работа и КПД цикла Карно

5.4. Работа и КПД цикла Карно

Слайд 48 Рассмотрим процесс сначала качественно. Начнем процесс из

т. А. Газ сжат до давления Р0 и находится в

контакте с нагревателем при Т1. Расширение газа при каком процессе даст максимальную работу? Вспомним закон сохранения энергии в термодинамике, или I начало: (5.3.1)
Рассмотрим процесс сначала качественно. Начнем процесс из т. А. Газ сжат до давления Р0

Слайд 49 В изотермическом процессе dU = 0, значит все

тепло перейдет в работу:

(5.3.2) Итак, на участке АВ – изотермическое расширение при температуре Т1 (процесс теплопередачи не происходит, т.к. нет разности температур, не происходит и передача тепла без совершения работы, т.е. процесс обратимый)
В изотермическом процессе dU = 0, значит все тепло перейдет в работу:

Слайд 50 Процесс А-В. Положитель-ная работа, совершенная газом при изотермическом

расширении газа от V0 до V1

Процесс А-В. Положитель-ная работа, совершенная газом при изотермическом расширении газа от V0 до V1

Слайд 51 Полученное рабочим телом тепло нужно передать холодильнику. Но

если просто привести его к соприкосновению с холодильником, то произойдет

передача тепла без совершения работы.

Нужно сначала рабочее тело охладить до Т2, а затем, уже присоединять к холодильнику. Охлаждение без затрат тепла – это адиабатическое расширение – участок ВС

Полученное рабочим телом тепло нужно передать холодильнику. Но если просто привести его к соприкосновению с

Слайд 52Процесс В-С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с

окружающей средой отсутствует и работа расширения А2 совершается за счет

изменения внутренней энергии. Уравнение адиабаты: (5.4.2) где  – коэффициент Пуассона (5.4.3)
Процесс В-С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения А2

Слайд 53 Давление в процессе В-С уменьшается до Р2, температура

падает до Т2 Полученная работа на стадии В-С:


Давление в процессе В-С уменьшается до Р2, температура падает до Т2 Полученная работа на стадии

Слайд 54 Адиабатическим расширением ВС заканчивается первая половина цикла –

совершение полезной работы.
Возвращение в т.

А опять происходит в два этапа: сначала рабочее тело сжимают не прерывая контакта с холодильником, при этом холодильнику отдается тепло Q2 (изотермическое сжатие СD).
Адиабатическим расширением ВС заканчивается первая половина цикла – совершение полезной работы.

Слайд 55 Затем тело изолируют от холодильника, адиабатно сжимают (DА),

при этом температура его повышается до Т1

Почему рабочее тело нагревается?
При адиабатическом сжатии (ДА) тело нагревается за счет внешней работы, совершенной над ним.
Затем тело изолируют от холодильника, адиабатно сжимают (DА), при этом температура его повышается до Т1

Слайд 56Процесс C-D -изотермическое сжатие На третьем этапе газ изотермически сжимается

V2 до V3 отдавая теплоту Теплота Q2, отданная газом холодильнику при

изотермическом сжатии, равна работе сжатия А3 Работа сжатия А3 - это работа совершаемая над газом (отрицательная): где Q2 – тепло, отданное холодильнику.
Процесс C-D -изотермическое сжатие 	На третьем этапе газ изотермически сжимается V2 до V3 отдавая теплоту	Теплота Q2, отданная

Слайд 57 Процесс D-А – адиабатическое сжатие. Работа сжатия

на последнем этапе Д-А:

тогда общая работа цикла: А = А1 + А2 + А3 + А4
Процесс D-А – адиабатическое сжатие.     Работа сжатия на последнем этапе Д-А:

Слайд 58А = А1 + А2 + А3 + А4
А

Полезная работа равна площади ограниченной кривой АВСDА.
А

А = А1 + А2 + А3 + А4А  Полезная работа равна площади ограниченной кривой АВСDА.А

Слайд 59Значит работа совершаемая газом больше работы внешних сил.
Полезная работа равна

площади ограниченной кривой АВСDА.
А

Значит работа совершаемая газом  больше работы внешних сил.Полезная работа равна площади ограниченной кривой АВСDА.А

Слайд 60 Как видим, на всех стадиях кругового процесса нигде не допускается

соприкосновенность тел с разной температурой, т.е. нет необратимых процессов теплопроводности.

Весь цикл проводится обратимо (бесконечно медленно), значит η-max
Как видим, на всех стадиях кругового процесса нигде не допускается соприкосновенность тел с разной температурой, т.е. нет

Слайд 61 Итак, полезная работа

КПД η равен:

Из равенств следует:

Итак, полезная работа

Слайд 63 Видно, что η < 1 зависит

от разности температур между нагревателем и холодильником (и не зависит

от конструкции машины и рода рабочего тела). Это ещё одна формулировка теоремы Карно. Цикл Карно, рассмотренный нами, был на всех стадиях проведен так, что не было необратимых процессов, (не было соприкосновения тел с разными температурами). Поэтому здесь самый большой КПД. Больше получить в принципе невозможно.
Видно, что η < 1 зависит от разности температур между нагревателем и холодильником

Слайд 645.5. Необратимый цикл.
Предположим для простоты, что необратимость

цикла обусловлена тем, что теплообмен между рабочим телом и источником

теплоты (считаем холодильник тоже «источником», только отрицательной температуры) происходит при конечных разностях температур. Нагреватель и холодильник не идеальны, они не обладают бесконечной теплоемкостью, поэтому нагреватель, отдавая тепло, охлаждается на ΔT, а холодильник нагревается на ΔТ.
5.5. Необратимый цикл.  		Предположим для простоты, что необратимость цикла обусловлена тем, что теплообмен между рабочим телом

Слайд 65 Любой процесс, не удовлетворяющий условию обратимости, мы называем необратимым процессом. Примером

необратимого процесса является процесс торможения тела под действием сил трения.

При этом скорость тела уменьшается, и оно останавливается. Энергия механического движения тела расходуется на увеличение энергии хаотического движения частиц тела и окружающей среды. Происходит диссипация энергии.
Любой процесс, не удовлетворяющий условию обратимости, мы называем необратимым	процессом.  	Примером необратимого процесса является процесс торможения тела

Слайд 66 Для продолжения движения необходим компенсирующий процесс охлаждения тела и среды.

И так, в случае тепловых машин, нагреватель и холодильник

– не идеальны, они не обладают бесконечной теплоёмкостью и в процессе работы получают или отдают добавочную температуру ΔТ.
Для продолжения движения необходим компенсирующий процесс охлаждения тела и среды.   	И так, в случае тепловых

Слайд 67Рис. 5.6
Как видно, площадь под кривой, а значит и

полезная работа уменьшилась!
А

Рис. 5.6 Как видно, площадь под кривой, а значит и полезная работа уменьшилась!А

Слайд 68 КПД для обратимого цикла Карно:

(5.5.1) Для необратимого цикла (5.5.2) Всегда – этот вывод справедлив независимо от причин необратимости цикла Карно.
КПД для обратимого цикла Карно:

Слайд 69Холодильная машина
Эта машина, работающая по обратному циклу Карно.
Если проводить

цикл в обратном направлении, тепло будет забираться у холодильника и

передаваться нагревателю (за счет работы внешних сил).
Холодильная машина 	Эта машина, работающая по обратному циклу Карно.	Если проводить цикл в обратном направлении, тепло будет забираться

Слайд 70рисунок 5.4

рисунок 5.4

Слайд 71 Обратный цикл Карно можно рассмотреть на примере

рис. 5.5.
При изотермическом сжатии В-А от газа отводится

количество теплоты Q1 при Т1. В процессе D-С – изотермического расширения к газу подводится количество теплоты Q2.
Обратный цикл Карно можно рассмотреть на примере  рис. 5.5. 	При изотермическом сжатии В-А от

Слайд 72В этом цикле

,

и работа, совершаемая над газом – отрицательна, т.е. Если рабочее тело совершает обратный цикл, то при этом можно переносить энергию в форме тепла от холодного тела к горячему за счет совершения внешними силами работы.
В этом цикле        ,

Слайд 73 КПД для холодильных машин по циклу Карно


КПД для холодильных машин по циклу Карно

Слайд 77Лекция окончена !

Лекция окончена !

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика