При анализесовершаемых газом термодинамических процессов основные соотношения базируютсяна использовании характеристического уравнения, выведенного для идеальногогаза. В этом случае анализ происходящих процессов возможен при условии, если вовсем объеме, в котором находится газ, его давление и температура одинаковы. Этоозначает, что газ находится в равновесном состоянии.
В любой момент времени газ находится в равновесном состоянии, характеризуемомпараметрами точек а, Ъ, с и т. д. Такой переход от одного равновесногосостояния к другому возможен только при бесконечно медленном изменениисостояния, при котором температура и давление во всей массе газа выравниваютсяи имеют одинаковые значения.
Можнопредставить, что такой же равновесный процесс при бесконечно медленном егопротекании происходит при сжатии газа от точки 2 до точки 1.
Процессы, которые можноосуществить в прямом направлении (расширение) и в обратном (сжатие) через однии те же промежуточные равновесные состояния, называют обратимыми.
Обязательным характеризующим обратимый процесс условиемявляется то, что при обратном процессе (сжатие) теплота от рабочего телапередается тому же источнику, от которого она была подведена в прямом процессе(расширение). Это возможно в том случае, если в каждый рассматриваемый бесконечно малый промежуток времени рабочее телосоприкасается с источником теплоты,температура которого отличается оттемпературы рабочего тела на бесконечно малую величину. В общем случае такойтеплообмен представляется возможным при наличиирасположенных друг за другом бесконечно большого количества источников теплоты,температуры которых отличаются друг от друга на бесконечно малую величину. Этопозволяет рабочему телу в равновесном процессе расширения labcde2 получать теплоту оттеплового источника, а в обратном равновесном процессе сжатия 2edcbal отдаватьтеплоту тому же источнику, от которого она была получена. Следовательно, впроцессе обращения рабочее тело и источники теплоты приходят точно в то жесостояние, какое они имели в каждый рассматриваемый момент в процессерасширения.Заметим, чтообратимый процесс возможен, если система, включающая в себя источники теплоты ирабочее тело, находящееся в цилиндре с подвижным поршнем, является термическиизолированной, т. е. отсутствует возможность потери теплоты в окружающую среду.
Вдействительности реальные процессы, осуществляемые в тепловых машинах,протекают в весьма короткий промежуток времени, что не позволяет получить в нихравновесный и тем более обратимый процесс. Кроме того, в реальных процессахвследствие наличия межмолекулярного трения, а также трения газа о стенки сосуда происходит выделение теплоты как впрямом, так и в обратном процессах, что также приводит к невозможностидостижения обратимости. Такие процессы, характерные для двигателей внутреннегосгорания, где к тому же при сгорании топливо-воздушной смеси происходитизменение химического состава рабочего тела, являются необратимыми.Втехнической термодинамике рассматриваются обратимые процессы. Их изучениепозволяет выявить условия, при которых достигается наилучшее использование теплоты.Путемсопоставления действительных необратимых процессов с обратимыми находятсяопытные коэффициенты, учитывающие дополнительные потери, характерные для реальных процессов.
|
