газ починає розширюватися - газ здійснює і позитивну механічну роботу. Наприклад, при ізотермічному процесі (рис. 10.4) робота дорівнює площі заштрихованої фігури. Теплова машина працює циклічно. Цикл - це послідовність процесів, в результаті якої система повертається в початковий стан. Якщо система повертається в початковий стан по кривій, то сумарна робота газу за цикл буде дорівнює нулю. Отже, повернення в початковий стан має здійснюватися по кривій, що проходить нижче, щоб робота циклу була більше нуля. Коефіцієнти корисної дії першого теплових машин були дуже малі.
Французький інженер Саді Карно показав, що найвигіднішим був би тепловий двигун, що працює по циклу, що складається з двох ізотерм і двох адіабати (рис. 10.5), причому, всі процеси оборотні. Крива - ізотермічний процес, при якому, все тепло, повідомлене робочому тілу переходить в механічну роботу. Крива - ізотермічне стискування газу, при якому,, - адіабати, при цих процесах теплообміну не відбувається, Цикл Карно звернемо, тобто його можна провести як у прямому, так і в зворотному напрямі через одні й ті ж проміжні стану і при цьому не відбувається змін до оточуючих тілах. Процес, наприклад, є оборотним, так як при розширенні система отримує кількість теплоти, при ізотермічному стисненні по кривій вона віддає кількість теплоти, також рівне.
оборотність процесу в природі не існує. Робота «ідеальної» теплової машини Карно насправді реалізована бути не може. Коефіцієнт корисної дії «ідеального» теплового двигуна (машини) дорівнює
(10.6)
Коефіцієнт корисної дії будь-якого теплового двигуна, що працює в тому ж діапазоні температур, завжди менше, тобто
.
Перепишемо (10.6) у вигляді
,
звідки ясно, що ккд можна підвищити при зменшенні температури холодильника або збільшенні температури нагрівача. В якості холодильника зазвичай використовується навколишнє повітря, тому як правило йдуть по шляху збільшення температури нагрівача, працюючи з перегрітою парою. Наприклад, для парової турбіни з, маємо. У реальних турбін ккд близько 40%. Зауважимо, що ккд ідеальної теплової машини не залежить від робочої речовини (газ, пара), а залежить тільки від температур нагрівача і холодильника, що дозволило ввести абсолютну температурну шкалу, звану шкалою Кельвіна. Введення будь-якої емпіричної шкали пов'язано з робочим тілом (ртутні, спиртові термометри і т. д.).
. Реальний газ. Вологість
При тисках, більших 10-15 атм, концентрація молекул зростає, середня відстань між молекулами зменшується і сили взаємодії - сили тяжіння - починають впливати на поведінку газу. Зростання концентрації призводить також до того, що обсяг вільного простору, у якому рухаються молекули, виявляється менше обсягу судини на величину, рівну власним обсягом молекул. Тому рівняння, отримані для ідеального газу, несправедливі. Розглянемо сильно розріджений газ і почнемо при постійній температурі поступово зменшувати обсяг (рис. 11.1). Залежність тиску від обсягу на ділянці кривої схожа з ізотермою ідеального газу.
Проте починаючи з стану 2 при подальшому зменшенні обсягу тиск залишатиметься постійним і рівним тиску насиченої пари. При зменшенні обсягу на ділянці відбувається перетворення пари в рідину. Стан 3 відповідає рідини, так як весь пар перейде в рідину. Подальше зменшення обсягу викличе різке збільшення тиску, так як рі...
