Цикл Карно. Задание. Предложите способ запасания тепловой энергии газа без теплопередач, путем использования адиабатических процессов.

Задание. Предложите способ запасания тепловой энергии газа без теплопередач, путем использования адиабатических процессов.

Задача 4. Рассмотрим тепловой двигатель, в котором n молей газа изменяют состояние по циклу, состоящему из двух изотерм (участки 1-2 и 3-4 ) и двух адиабат (участки 2-3 и 4-1). Пусть V1, V2, V3, V4 – объемы, которые занимает газ в состояниях 1, 2, 3, 4 (смены режима изменения объема).
а) Докажите, что работа, которую совершает газ на участке адиабатического расширения 2-3, равна работе, совершаемой над газом на участке адиабатического сжатия 4-1. То есть, докажите, что запасание внутренней энергии газа происходит путем совершения механической работы и запасания ее во внешнем механическом устройстве (поднятый груз или вращающийся тяжелый маховик).
б) Покажите, что справедливо соотношение
(7)
Указание: используйте уравнение адиабаты в переменных T, V.
в) Чему равен КПД тепловой машины, работающей по описанному циклу?

Второе начало термодинамики

Направление протекания тепловых процессов

Фантастический двигатель, нарушающий второе начало термодинамики, называется "вечным двигателем второго рода".

Задача 5. На какую высоту мог бы поднять стакан воды вечный двигатель второго рода, работающий за счет остывания от комнатной температуры воды в стакане? Считайте, что при любой температуре справедливо выражение для изменения внутренней энергии воды:
, (8)
где c - удельная теплоемкость воды, равная 4,2×103Дж/кг×К.

Контрольные вопросы

3.2.1 Опишите энергетическую схему устройства и работы теплового двигателя.

3.2.2 За счет чего тепловой двигатель совершает работу?

3.2.3 На примере разъясните почему нельзя обойтись без холодного теплового резервуара?

3.2.4 Дайте определение термического коэффициента полезного действия.

3.2.5 Укажите пути повышения КПД тепловых двигателей.

3.2.6 Что собой представляет цикл Карно?

3.2.7 После совершения главного этапа цикла, на котором за счет подводимого от нагревателя тепла газ совершает работу, его приходится охлаждать. В какой части тепловой машины хранится энергия, высвобождающаяся при охлаждении газа, если используется цикл Карно?

3.2.8 Как можно передавать тепло от холодного к горячему телу?

3.2.9 В чем суть второго начала термодинамики?

3.2.10 Чем отличаются теплоая и механическая энергия макроскопических тел?