пʼятниця, 15 лютого 2013 р.

Пошуково-дослідницька робота на тему :"Термодинамічні цикли : їх види та характеристики."

Дамо коротке визначення термодинамічного циклу 
Круговий цикл - процес, при якому система, проходячи через ряд станів, повертається в початковий стан.
Наведемо декілька прикладів термодинамічних циклів .
На діаграмі p-V рівноважний круговий процес зображують замкненою кривою (рис 3.1).

Тут і надалі ми будемо розглядати ідеальний газ тому буде доцільно  нагадати яку модель газу ми називаємо ідеальним 
Ідеальний газ - це модель  реального газу в якому :
1)відсутня взаємодія між молекулами.
2)молекули приймаємо як матеріальні точки певной маси і малого обєму.
3)при зіткнені між собою та зі стінками посудини ведуть себе як пружні кульеи.
4)молекули рівномірно розподіляються по обєму.
Повернемося до кругового цикла зображеного на малюнку.
Цей цикл що здійснюється ідеальним газом  можна розбити на процеси розширення (1→2 )  і  стиснення (2→1) газу .

Робота, що здійснюється газом за цикл, визначається площею,
охоплюваною замкненою кривою. Якщо за цикл здійснюється позитивна робота A = ∫ pdV > 0(цикл протікає за годинниковою стрілкою), то його називають прямим (рис. 3.1, а), якщо за цикл здійснюється негативна робота A = ∫ pdV < 0 (цикл протікає проти годинникової стрілки), то його називають зворотнім (рис. 3.1, б).
В термодинамічному циклі  бере участь нагрівник який відає 
тепло робочому тілу і холодильник  який охолоджує робоче тіло.


Запишемо перший закон  термодинаміки 
Q =∆U+A
Так як підчас кругового процесу система повертається в початкове положення то повна зміна внутрішньої енергії газу дорівнює нулю,
отже Q=A .
Система отримує теплоту від нагрівника і відає холодильнику різниця це є робота виконана термодинамічним циклом.
Q = Q1-Q2=А ця робота як ми уже зазначали може бути як позитивною так і негативною.
Термодинамічні процеси поділяються на оборотні і не оборотні.

Термодинамічний процес називають оборотним, якщо він може
відбуватися як у прямому, так і у зворотньому напрямі, причому якщо
такий процес відбувається спочатку в прямому, а потім у зворотному
напрямі і система повертається в початковий стан, то в навколишньому
середовищі і в цій системі не відбувається ніяких змін.
Необоротним називають будь-який інший процес.
У реальному житті всі процеси є насправді необоротними але в деяких випатках ми можемо важати процес оборотним як приклад можна навести маятник з мінімальним тертям якщо розглядати невеликий проміжок часу то на цьому проміжку можна стверджувати що процес є оборотним. 
Оборотні процеси – це ідеалізація реальних процесів. Але в

конкретних випадках умови протікання термодинамічних процесів такі, що їх приблизно можна вважати оборотними
Теплові процеси є необоротними так як при теплообміні енергія передається від тіл з вищою температурою до тіл з нищою температурою до того часу коли їх температури стануть рівними.
Для того щоб від холоднішого тіла забрати тепло передавши його більш нагрітому обовязково потрібно виконати певну роботу за допомогою холодильной машини .

На малюнку 3.5.а принцип роботи теплового двигуна.

ŋ=A/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1

На малюнку 3.5.б принцип роботи холодильної машини.

ŋ=Q2/A=Q2/(Q1-Q2) - холодильний кефіцієнт.

В нерівності Клаузіуса S≥0 де S зміна ентропії рівність виконується 
лише у разі оборотних процесів.Зауважимо що нерівність правильна лише в   замкнутих системах.
Не можливий термодинамічний цикл де вся теплота одержана від нагрівача перетворюється в еквівалентну її  роботу це є одне з числених формолювань другого закону термодинаміки з якого випливає що людині  вічного двигуна другого роду зробити неможливо.
Також досить цікавим є те що неможливо досягнути температури  0 К це твердження часто називають третім началом термодинаміки підкреслюючи цим його важливість або теореми Нернста–Планка.Зауважимо що якщо Т прямує до нуля то ентропія прямує теж до нуля.
Вернемося до нашої основної теми.
Найбільше ККД теплового процесу є якщо він працює за циклом Карно мал 3.6 .ŋ=(T1-T2)/T1
eprints.kname.edu.ua/6239/1/molekulispravl.pdf