Условия работы тепловых машин

Для того чтобы от тепловой машины можно было получить полезную работу, необходимо выполнить следующие условия.

1. Необходимо иметь рабочее тело - это тело, посредством которого осу­ществляется взаимное превращение теплоты и работы.

2. Необходимо наличие, по меньшей мере, двух источников теплоты с разными температурами - верхний (высший) источник теплоты (ВИТ) или нагреватель. И нижний (низший) источник теплоты (НИТ) или холодильник.

3. Работа тепловой машины должна быть цикличной, т.е. рабочее тело, совершая ряд процессов, должно возвращаться в исходное состояние.

Рассмотрим круговой цикл тепловой машины, изображенный на рис. 3.1.

Рис. 3.1

В процессе расширения 1-а-2 от ВИТ с температурой T ₁к рабочему телу подводится теплота в количестве q ₁. При этом получается положительная ра­бота l ₁, численно равная площади c -l- a -2- d. (см. § 2.9).

В процессе сжатия 2- b -1 от рабочего тела отводится теплота q ₂ к НИТ с температурой Т ₂. В этом процессе затрачивается работа l ₂ (работа отрица­тельная), равная площади с -1- b -2- d.

F: \-b-2-dУравнение первого закона термодинамики для процессов 1- а -2 и 2- b -1 соответственно будет иметь вид

(3.1)

(3.2)

Различные знаки изменения внутренней энергии Δ u взяты потому, что внутренняя энергия за цикл не должна изменяться.

Сложив уравнения (3.1) и (3.2), получим

где l _ц – работа цикла l-a-2- b -1.

Чтобы получить полезную работу, работа, затраченная на сжатие в про­цессе 2- b -1, должна быть меньше работы расширения в процессе 1-а-2 (l ₂ < l ₁). Чтобы этого достичь, необходимо одновременно со сжатием охлаж­дать рабочее тело, отнимая у него теплоту q ₂. Если при сжатии не охлаждать рабочее тело, то процесс сжатия пойдет по пути 2-а-1 и на сжатие будет по­трачена та же самая работа l ₁, которая была получена в процессе расшире­ния. В результате полезная работа цикла будет равна нулю.