Файл: Первый второй закон термо динамики, тепловые машины. Цикл Карно.pptx

Презентация по физике на тему: «Первый второй закон термо динамики, тепловые машины. Цикл Карно»

Ученицы 10-Б класса

ГБОУ СОШ №3

Римко Дарьи

Французский физик и математик Сади Карно (1716-1832)

• Французский физик и военный инженер Никола Леонар Сади Карно, один из основателей термодинамики, родился в Париже в семье видного государственного деятеля наполеоновской эпохи Лазара Карно. Он учился в знаменитой Политехнической школе и после её окончания в 1814 г. Поступил добровольцем в инженерные войска под командование Наполеона Бонапарта, где и нес службу военного инженера вплоть до падения Наполеона в 1819 г. После этого Сади Карно оставил военную службу и занялся изучением наук, экономики и искусств. Карно впервые описал цикл в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» в 1824 году.

Цикл Карно

• В термодинамике цикл Карно или процесс Карно – это обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов В процессе Карно термодинамическая система выполняет механическую работу и обменивается теплотой с двумя тепловыми резервуарами, имеющими постоянные, но различающиеся температуры. Резервуар с более высокой температурой называется нагревателем, а с более низкой температурой — холодильником.

• 1. Изотермическое расширение (на рис. 1- процесс А – Б). Е начале процесса рабочее тело имеет температуру, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты . При этом объём рабочего тела увеличивается, оно совершает механическую работу, а его энтропия возрастает.
• 2. Адиабатическое расширение (на рис. 1 процесс Б — В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При это температура тела уменьшается до температуры холодильника тело совершает механическую работу, а энтропия остаётся постоянной.
• 3. Изотермическое сжатие (на рис. 1 процесс В→ Г). Рабочее тело, имеющее температуру, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься под действием внешней силы, отдавая холодильнику количество теплоты. Над теплом совершается работа, его энтропия я уменьшается.

• 4. Адиабатическое сжатие (на рис. Процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается под действием внешней силы без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя, над телом совершается работа, его энтропия остаётся постоянной.

КПД тепловой машины Карно

• Количество теплоты, полученное рабочим телом от нагревателя при изотермическом расширении, равно
• Аналогично, при изотермическом сжатии рабочее тело отдаёт холодильнику количество теплоты
• Отсюда коэффициент полезного действия тепловой машины Карно равен

Первая и вторая теорема Карно

• Из последнего выражения следует, что КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида или свойств её рабочего тела. Этот результат составляет содержание первой теоремы Карно. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100% только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости), а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.
• Поэтому максимальный КПД любой тепловой машины не может превосходить КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника. Это утверждение называется второй теоремой Карно. Оно даёт верхний предел КПД любой тепловой машины и позволяет оценить отклонение реального КПД от максимального, то есть потери энергии вследствие неидеальности тепловых процессов.

• Для того чтобы цикл был обратимым, в нём должна быть исключена передача теплоты при наличии разности температур, иначе нарушается условие адиабатичности процесса. Поэтому передача теплоты должна осуществляться либо в изотермическом процессе (как в цикле Карно), либо в эквидистантном процессе (обобщённый цикл Карно или, для примера, его частный случай цикл Брайтона). Для того чтобы менять температуру рабочего тела от температуры нагревателя до температуры холодильника и обратно, необходимо использовать либо адиабатические процессы (они идут без теплообмена и, значит, не влияют на энтропию), либо циклы с регенерацией тепла, при которых нет передачи тепла при разности температур. Мы приходим к выводу, что любой обратимый цикл может быть сведён к циклу Карно.