ciclu termodinamic direct
Ciclul termodinamicsau procesul circular este un proces termodinamic în care sistemul termodinamic, după ce a suferit o serie de modificări, revine la starea inițială. Procesele termodinamice închise sunt de mare importanță practică, deoarece permit:
- utilizarea continuă a căldurii pentru a lucra,
transferă căldura de la un nivel de temperatură mai scăzut la unul mai ridicat.
Toți parametrii și funcțiile stării, schimbându-se în proces, la sfârșitul ciclului își iau valoarea inițială. Și așa cum a fost stabilit mai devreme, ca urmare a implementării unui proces termodinamic închis, energia internă a sistemului nu se modifică, iar munca efectuată de sistemul termodinamic pe ciclu este egală cu cantitatea totală de căldură primită și dată. îndepărtat de sistem în timpul ciclului:lc=qc.
Distingeți ciclurile termodinamice directe și inverse.
Ciclul direct este implementat în motoarele termice.Motorul termiceste un sistem de funcționare continuă care efectuează procese circulare în care căldura este convertită în lucru mecanic. Evident, într-un ciclu direct, sistemul trebuie să producă muncă pozitivă. Luați în considerare modul în care este construit ciclul unui motor termic.
Pe fig. 3.1,aprezintă un ciclu termodinamic direct în coordonatelepu, care arată succesiunea a două procese:ADB- proces de expansiune;BCA- proces de compresie. Dinpudin diagramă se poate observa că în secțiuneaADBa ciclului, volumul sistemului crește, prin urmare, muncaL1este pozitivă și numeric egal cu ariaeADBf. Pe secțiuneaBCA, muncaL2este negativă, deoarece datorită energiei mediului, sistemul revine la starea inițialăА. LucrulL2este egal cuzonaeACBf. Deoarece aria de sub liniaADBeste mai mare decât aria de sub liniaBCA, prin urmare, munca totală pe ciclu din exemplul considerat este pozitivă. Este egal cu aria liniei închiseADBCA.
Astfel, atunci când se creează un ciclu direct, este necesar ca linia procesului de expansiune să treacă deasupra liniei procesului de comprimare, adică lucrul de compresie în valoare absolută să fie mai mic decât lucrul de expansiune:
În conformitate cu prima lege a termodinamicii, cantitatea totală de căldură din ciclul direct trebuie să fie, de asemenea, pozitivăqc> 0. Prin urmare, pe diagramasT- (Fig. 3.1,b) trebuie reprezentat ciclul direct
Orez. 3.1. ciclu termodinamic direct
astfel încât cantitatea de căldură furnizată sistemului să fie mai mare în valoare absolută decât cantitatea retrasă. Pentru a face acest lucru, linia de procesCAD, în care este furnizată căldură (ds> 0), trebuie să fie situată mai sus decât linia de procesDBC, în care căldura este îndepărtată ( ds0.
Întrucât în timpul ciclului sistemul termodinamic primește din mediu căldură echivalentă cu munca efectuată de sistem în timpul ciclului, putem spune că în ciclul considerat o anumită cantitate de căldură a fost consumată pentru a obține lucru mecanic. În acest sens se spune că, într-un ciclu direct, căldura este transformată în muncă.
Eficiența conversiei căldurii în lucru într-un ciclu direct este caracterizată deeficiența termicăa cicluluiht, care este raportul dintre muncalcefectuată de sistemul pe ciclu la cantitatea de căldură furnizată sistemuluiq1:
.
Eficiența termică este întotdeauna mai mică decât unitatea, deoarece implementarea ciclului este inevitabil asociată cu eliminarea unei anumite cantitățicăldurăq2din sistem. Eficiența termică a unui ciclu caracterizează gradul de perfecțiune al unuia sau altui ciclu: cu cât maiht, cu atât ciclul este mai perfect; când aceeași cantitate de căldurăq1este furnizată fluidului de lucru într-un ciclu cuhtmai mult, se efectuează mai mult lucrulc.